WO2013037814A2 - Ladevorrichtung für ein fahrzeug - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a charging device for a vehicle having an energy store, the charging device having a charging source, a charging plug, a charging socket
- Charge control device, an AC charger and a power switching means comprises and the charging socket comprises nine electrically assignable contacts, wherein the first contact as
- Pilot contact is connected via a pilot line to the charging controller, the second contact is connected as a proxy contact to a top line Proxy Proxy, the third contact is connected as a protective conductor contact upper protective line with vehicle ground, the fourth contact is connected as a neutral contact via a neutral line to the AC charger , and the fifth contact is connected as a Phase 1 contact via a phase 1 line to the AC charger.
- a high loading comfort is characterized by a high charge rate, i. short charging times, and by a high availability of the charging sources for the vehicle, i. due to high compatibility of the external charging sources with the vehicle.
- a vehicle-mounted charging socket for a wired charging plug is established, such as the international draft standard IEC 62196.
- the designated in this draft standard 62196 type 2 7-pin connector offers the user the ability to charge the battery of the vehicle with AC over the 1-phase alternating current or 3-phase AC mains to charge and / or to be charged with DC, provided that the charging source provides these two types of charging.
- the power when charging with direct current is limited to a maximum current of 80 A at a maximum voltage of 300 V - 480 V.
- a charging source provides DC charging up to a maximum current of 200 A and a maximum voltage of 600 V - 850 V, thus enabling faster charging
- the IEC 62196 draft standard calls for a plug-socket system known as Combo 2 Insert that has special DC contacts. If a vehicle is equipped with a charging socket for the type 2 connector, the user can not charge the accumulator at a charging source that has a combo 2 connector with a DC charging current of 80A. It is an object of the invention to describe an improved charging device for electrically charging an energy storage device of a vehicle.
- the eighth contact is as a positive DC contact Ober a DC plus line and upper the power switching means with the energy storage
- the ninth contact as a negative DC contact Ober a DC minus line and the upper
- the sixth contact is connected as phase 2 contact via a phase 2 line to the DC minus line and the seventh contact as phase 3 contact via a phase 3 left direction with the DC line connected plus line.
- the protective flap has the particular advantage that the DC-plus contact and the DC minus contact can be covered, so that these two contacts in the context of
- the charging socket has a
- Flap sensor on from which the state of the protective flap can be detected. Furthermore, the invention according to this variant between the flap sensor and the charge control device comprises a data connection, via which the detected state of the protective cover upper
- a first charging plug in the form of a plug-socket connection with the protective flap open or with the protective flap closed can be connected to the charging socket, which is designed to be at least 3-pole and at most 7-pole.
- At least three core poles of the first charging plug are electrically connected, wherein in a plug-socket connection made with the first charging plug, the first three contacts are assigned equal to the core poles of the first charging plug and the maximum seven poles occupancy connected to the first seven contacts of the socket are.
- the protective flap is closed or closed.
- the first charging plug can be designed, for example, as type 2 plug according to the international draft standard IEC 62196 and the charging socket of the vehicle can be designed as a charging socket of the type Combo 2 with respect to its geometric design.
- the poles of the plug With the core poles of the charging plug, the poles of the plug are referred to, which are contacted in accordance with the intended manufactured plug-socket connection with the pilot contact, the proxy contact and the protective conductor contact electrically.
- the first charging plug can also be designed as a type 1 plug according to the international draft standard IEC 62196. This plug has five poles, the same assignment with the first five contacts of the socket are connectable.
- Occupancy equality means that when properly manufactured a male-female connection a predetermined first pole of the plug with the first contact of the socket, a predetermined second pole of the plug with the second contact of the socket, a predetermined third pole of the plug with the third contact of the Socket, a predetermined fourth pole of the plug with the fourth contact of the socket and a predetermined fifth pole of the plug is connected to the first contact of the socket.
- each electrical pole of the plug is electrically connected to a predetermined contact of the nine contacts of the charging socket.
- An equivalent connection is for example ensured by a mechanical guidance of the plug in the charging socket by means of projections, lugs or rails.
- the battery when the plug-socket connection is made with the first charging plug and the electrical contact of the fourth contact and the fifth contact with alternating voltage is charged by the charging source, the battery can be charged via the AC charger.
- the battery may be supplied by the power switching means
- the first charging plug is designed as a type 2 plug and the charging socket as a combo 2, the charging source provides direct current, and the user connects the vehicle to the charging source via the first charging plug, the
- both 1-phase alternating current and direct current can be provided by the charging source
- one of the two charging modes is selected and carried out by the charging control unit based on various parameters of the energy store and the charging source.
- One Selected charging is controlled by the prior art charging controller.
- a second charging plug in the form of a plug-socket connection with the protective flap open can be attached to the charging socket.
- the second charging plug is formed at least three-pole and at most nine-pole, wherein at least three core poles of the second
- Charging plug are electrically occupied.
- the first three contacts are assigned the same load with the core poles of the second charging plug and the maximum of nine poles associated occupancy equal to the nine contacts of the socket.
- the second charging plug and the charging socket can with respect to their geometric shape, for example, as Combo 2 plug and Combo 2 socket after the international
- the poles of the plug are referred to, which are contacted in accordance with the intended manufactured plug-socket connection with the pilot contact, the proxy contact and the protective conductor contact electrically.
- the other six contacts of the socket are occupied occupancy same with a maximum of six further poles of the plug, i. for certain other contacts of the socket predetermined poles of the plug can be present.
- the energy storage device can be charged with direct current even with a current strength of more than 80 A when manufactured with the second charging connector plug-socket connection.
- This type of charging is known as DC high-charging.
- DC-high charging via the eighth contact and the ninth contact can also be possible with a 7-pin combo-1 plug according to the international draft standard IEC 62196.
- the battery is charged via the AC charger.
- the energy store can also be charged with alternating current with the second charging plug if the charging source 1 provides a single-phase AC voltage. If both 1-phase alternating current and direct current for DC high-charging can be provided by the charging source when the plug-socket connection is made with the second charging plug, a charging mode is selected and carried out by the charging control unit based on various parameters of the energy store and the charging source. A selected one
- Charging is controlled by the prior art charge control device.
- Charge source can be produced. Regardless of the type of charge supported by the charging source
- the charging control unit can carry out the charging process, which is suitable on the basis of various influencing factors.
- the invention is based on the following considerations:
- DC charging is often referred to as
- the international plug standard design IEC 62196 describes a novel plug-and-socket system, which is also referred to as a combo plug-in system. This makes it possible to connect to a single vehicle charging socket a plug that allows AC charging. At this vehicle charging can also a plug can be connected, which allows DC charging. A vehicle with such a charging topology based on the combo plug-in system can charge both at an AC charging station and at a DC charging station, the vehicle has only one built-in charging port.
- the combo connector system includes a charging socket and a charging plug.
- the charging socket is attached to the vehicle.
- the charging plug which is also referred to as a coupler, is firmly connected to the charging station above the charging cable during DC charging.
- the draft standard IEC 62196 describes various plug-socket variants. This applies, for example, a connector, which is referred to as Type 2, and a connector which is referred to as Combo-2.
- the vehicle can be charged with DC plug type 2, whereby the plug is designed for a charging current of 80 A.
- This charging variant is referred to as DC low-charging.
- a plug of type combo plug type 2 the vehicle can be charged with DC, the plug is designed up to a charging current of 200 A.
- This charging variant is referred to as DC high-loading.
- the combo connector type 2 has two poles designed for high current carrying capacity, which are also referred to as DC high poles.
- the other poles of the combo connector type 2 are called core poles. With both plugs, depending on the charging station, the vehicle can also be charged with alternating current.
- the vehicle has a charging architecture that includes an AC charger, communication unit and DC
- the DC charging system ensures that no dangerous voltage is present at the charging socket
- the charging architecture should allow for DC low charging and DC high charging, and should be compatible with type 2 plug and type 2 combo plug.
- an improved charging architecture which has a charging socket for a combo connector type 2.
- This enables DC high-charging.
- the charging socket for the combo plug type 2 is compatible with the plug type 2, the proposed charging socket can also be used for DC low-charging.
- the pins intended for DC low-charging are electrically connected to the pins for the DC high-loading belonging to the DC high poles. Therefore, the charging socket has a detectable protective flap with which the pins of the charging socket belonging to the DC high poles can be covered. This ensures that in the case of DC low-charging, the pins belonging to the DC-high poles are not accessible from the outside and can not be touched. In this way, no separate contactors are needed for the pins intended for DC low-charging.
- the flap is open, when using the plug type 2, the flap is preferably closed.
- Fig. 1 Ladevorrlchtung with a maximum of 7-pin charging plug suitable for DC low-charge (prior art)
- Fig. 2 charging device with a maximum of 9-pin charging plug suitable for DC high-loading (prior art)
- Fig. 3 Charger with a maximum of 9-pin charging plug and with protective flap, DC low-charge with closed protective flap
- Fig. 4 Charger with a maximum of 9-pin charging plug and with protective flap, DC high-loading with open protective flap 1 shows a charging device according to the prior art for an energy store (1) of a vehicle.
- a charging source (2a) is located outside the vehicle.
- the charging source AC which may be 1-phase or 3-phase, and / or DC for charging the energy storage.
- the charging source can be designed, for example, as a public charging station or as a wall box installed in the home area of the vehicle user.
- the vehicle has Ober a charging socket or charging socket (4a), which is usually integrated in the area of the outer skin into the vehicle and optionally above a cover flap similar to a common fuel cap is accessible from the outside.
- the vehicle also has an upper charging controller (5a), a charger (6), which is shown in Fig. 1 as a single-phase AC charger, and a SchOtzbox with two contactors (7) for power circuit or separation.
- a charger (6) which is shown in Fig. 1 as a single-phase AC charger
- a SchOtzbox with two contactors (7) for power circuit or separation may alternatively be a MOSFET circuit are used to disconnect the energy storage device electrically from the charging device in case of need or connect to this.
- a protection circuit is used.
- the charging socket of the vehicle has seven electrical contact in FIG.
- the first electrical contact (11) is connected via a pilot line (pilot) to the charging controller and is referred to as a pilot contact.
- the second electrical contact (12) is over a
- the third electrical contact (13) is connected via a protective line (PE, protective earth) to the mass of the vehicle and is referred to as a protective contact.
- the fourth electrical contact (14) is designed as a neutral contact and connected via a neutral line (N) to the charger.
- the fifth electrical contact (15) is designed as a phase contact and connected via a phase line (L1) to the charger.
- the sixth electrical contact (16) is designed as a phase contact and connected via a phase line (L2) with one of the two contactors of the contactor box.
- the seventh electrical contact (17) is also formed as a phase contact and via a phase line (L3) with the contactor of the two contactors of the contactor box, which is not connected to the phase line (L2).
- a charging plug (3a) can be connected to the charging socket.
- the charging plug is connected by a cable to the charging source.
- the charging plug has a maximum of seven poles. It should be noted that according to the prior art, not necessarily every pole of the
- Charging plug must also be electrically connected. Consequently, for example, a
- Charging plug which is designed 7-pin and thereby five occupied poles, i. five electrical poles, has.
- the two unoccupied poles can be made of a conductive or non-conductive material or at best be hinted.
- each electrical pole of the plug is electrically connected to a predetermined electrical contact of the seven electrical contacts of the charging socket.
- Common charging plugs have at least three electrical poles, which are connected at a charging connection to the pilot contact, the proximity contact and the protective contact.
- the charging connection and the charging plug are identifiable and, for example, an immobilizer of the vehicle activated:
- a charging connection allows the pilot line communication between the
- Charge controller and the charging source and the control or regulation of a charging process Charge controller and the charging source and the control or regulation of a charging process.
- the energy store can be charged via the charging device.
- This type of charging is called AC charging.
- the contactors of the contactor box are open.
- the plug-socket connection of the charging device described in Fig. 1 complies with the connector type 2 of the international draft standard IEC 62196 for the wired charge of electric vehicles.
- DC charging is possible up to a current of 80 A and a voltage of up to 300 V - 480 V.
- This type of DC charging is referred to in this document as DC low-load.
- FIG. 2 shows a charging device according to the prior art for an energy store (1) of a vehicle.
- a charging source (2b) is located outside the vehicle.
- the charging source AC which may be 1-phase or 3-phase, and / or DC for charging the energy storage.
- the charging source can be designed, for example, as a public charging station or as a wall box installed in the home area of the vehicle user.
- the vehicle has a top charging socket or charging socket (4b), which is usually integrated in the area of the outer skin in the vehicle and optionally via a cover similar to a common fuel cap accessible from the outside.
- the vehicle also has a charge control device (5b), a charger (6), which in Flg. 1 as a single-phase AC charger is pronounced, and a contactor box with two shooters (7).
- the charging socket of the vehicle has in FIG. 2, nine contacts, of which two contacts are electrically unoccupied, ie with these contacts no electrical effect can be achieved.
- the first electrical contact (11) is connected via a pilot line (pilot) to the charging controller and is referred to as a pilot contact.
- the second electrical contact (12) is connected via a Proximity ein (Proxy) with the charging controller and is referred to as Proximitykorttakt.
- the third electrical contact (13) is connected via a protective line (PE, protective earth) to the mass of the vehicle and is referred to as a protective contact.
- the fourth electrical contact (14) is designed as a neutral contact and connected via a neutral line (N) to the charger.
- the fifth electrical contact (15) is designed as a phase contact and connected via a phase line (L1) to the charger.
- the sixth contact (16 ') and the seventh contact (17') are not occupied.
- the eighth electrical contact (18) is connected to one of the two contactors of the contactor box via a DC line (DC +) and is referred to as a positive DC contact.
- the ninth electrical contact (19) Is via a Glelchstromtechnisch (DC-) with the contactor of the two contactors of the contactor, the not connected to the DC power supply (DC +).
- the ninth contact is referred to as a negative DC contact.
- a charging plug (3b) can be connected to the charging socket.
- the charging plug is connected by a cable to the charging source.
- the charging plug has a maximum of nine poles. It should be noted that according to the prior art, not necessarily every pole of the
- Charging plug must also be electrically connected. Consequently, for example, a
- Charging plug which is 9-pin running and thereby five occupied poles, i. five electrically effective poles having.
- the four blank poles may be made of a conductive or non-conductive material, or at best be suggestive.
- each electrical pole of the plug is electrically connected to a predetermined contact of the nine contacts of the charging socket.
- Common charging plugs have at least three electrical poles, which are connected at a charging connection to the pilot contact, the proximity contact and the protective contact.
- pilot contact and proximity contact behaves as in FIG. 1.
- the energy storage can be loaded with closed contactors with DC.
- the plug-socket connection of the charging device described in Fig. 2 is sufficient for the connector Combo-2 of the international draft standard IEC 62196 for the wired charge of electric vehicles.
- DC charging is possible up to a current of 200 A and a voltage of up to 600 V - 850 V.
- This type of DC charging will referred to in this document as a DC high-load and allows a faster charging of the energy storage compared to DC low-charging.
- FIG. 3 and 4 show an embodiment of the invention.
- a charging device for an energy store (1) of a vehicle is described.
- a charging source (2a or 2b) is located outside the vehicle.
- the charging source AC which may be 1-phase or 3-phase, and / or DC for charging the energy storage.
- the charging source can be designed, for example, as a public charging station or as a wall box installed in the home area of the vehicle user.
- the vehicle has Ober a charging socket or charging socket (4c), which is usually integrated in the area of the outer skin in the vehicle and optionally above a cover flap similar to a common fuel cap from the outside accessible.
- the vehicle also has a top charge controller (5c), a charger (6), in the Figen. 3 and 4 as a single-phase or 3-phase AC charger is pronounced, and a contactor box with two shooters (7).
- the charging socket of the vehicle has in the Figen. 3 and 4 have nine electrical contacts.
- the first electrical contact (11) is connected via a pilot line (pilot) to the charging controller and is referred to as a pilot contact.
- the second electrical contact (12) is connected via a Proximitytechnisch (Proxy) with the charging controller and is referred to as proximity contact.
- the third electrical contact (13) is connected via a protective line (PE, protective earth) to the mass of the vehicle and is referred to as a protective contact.
- PE protective line
- the fourth electrical contact (14) is designed as a neutral contact and connected via a neutral line (N) to the charger.
- the fifth electrical contact (15) is designed as a phase contact and connected via a phase line (L1) to the charger.
- the eighth electrical contact (18) is connected to one of the two contactors of the contactor box via a DC line (DC +) and is referred to as a positive DC contact.
- the ninth electrical contact (19) is connected to the contactor of the two contactors of the contactor box, which is not connected to the DC line (DC +) via a DC line (DC-).
- the ninth contact is referred to as a negative DC contact.
- the sixth contact (16 "), referred to as a phase 2 contact is shorted to the negative DC contact (19) via an electrical lead (L2").
- the seventh contact (17 ") is referred to as a phase 3 contact and is shorted via an electrical line (L3") to the positive DC contact (18) and the DC line (DC +).
- the short circuit between the phase 2 contact and the negative DC contact and the short circuit between the phase 3 contact and the positive DC contact is preferably carried out within the charging socket by connection to a busbar or by crimping the corresponding lines, ie the line (L3 "') with the DC line (DC +) and the line (L2 ") with the DC line (DC-).
- the charging socket in FIGS. 3 and 4 has a protective flap, by means of which a closed state (20b in FIG. 3) or an opened state (20a in FIG. 4) can be taken.
- the state of the flap can be determined by a flap sensor (21) and information about the state of the flap can be transferred to the charging control unit.
- the detection of the flap condition may be based on the detection of a magnetic field of the flap or a part of the flap by means of a Hall sensor. Furthermore, the state of the flap by the
- Charge control device be mechanically adjustable.
- a charging plug (3a) can be connected to the charging socket.
- the charging plug is connected by a cable to the charging source (2a).
- the charging plug has a maximum of seven poles. It should be noted that not necessarily each pole of the charging plug must be electrically connected. Accordingly, for example, a charging plug can be used, which is designed 7-pin and thereby five occupied poles, i. five electrically effective poles having.
- the blank poles may be made of a conductive or non-conductive material or at best be suggestive executed.
- each electrical pole of the plug is electrically connected to a predetermined contact of the first seven contacts of the charging socket.
- Fig. 3 comes without limitation of generality, a type 2 plug of the international draft standard IEC 62196 for the wired charge of electric vehicles used. Is in Fig. 3 by the charging source, for example, at a charging connection between the fourth contact (14) and the fifth contact (15) a 1-phase AC voltage applied, the energy storage is charging the charger with open contactors.
- the energy storage device can be charged with closed contactors provided that the protective cover of the charging control unit is closed and the flap sensor is closed to the charge control unit Information about the closed state of the protective cover. Only then are the contactors closed by the charging control unit for charging.
- the closed protective flap for DC low-charging ensures that the negative
- DC cables (DC + and DC-) are designed for DC high-charging, DC low-charging is possible according to the design.
- a charging plug (3b) can be connected to the charging socket when the protective cover is open.
- the charging plug is connected by a cable to the charging source (2b).
- the charging plug has a maximum of nine poles. It should be noted that not necessarily each pole of the charging plug must be electrically connected. Consequently, for example, a
- Charging plug which is designed 9-pin and thereby five occupied poles, i. five electrically effective poles having.
- the blank poles may be made of a conductive or non-conductive material or at best be suggestive executed.
- Electric vehicles used Is in Fig. 4 by the charging source, for example, in a charging connection between the fourth contact (14) and the fifth contact (15) a 1-phase AC voltage applied, the energy storage device via the charger with open contactors is loadable.
- the advantage of a charging device with a charging socket according to FIG. 3 or FIG. 4 results from the fact that, irrespective of whether the plug type 2 or the combo plug type 2 is available at a charging source, and regardless of which charging mode (AC charging, AC charging, DC low-charging or DC high-loading) is provided by the charging source, the energy storage of the vehicle is not only loadable, but also the charging mode provided by the charging station, which allows the shortest charging tent, is selected by the charging controller.
- the Figen. 3 and 4 can be implemented cost-effective and space-saving.
- the loader is easy to use.
- phase-2 line (L2 ) and the phase-3 line (L3") in the form of a branch additionally with one AC charger, which is designed as a 3-phase AC charger.
- This then has, in addition to the inputs for the neutral line (N) and the phase 1 line (L1), an input for the branching of the phase 2 line and the phase 3 line.
- the charging source is 3-phase alternating current when the charging connection is established via the neutral line (N), the phase 1 line (L1), the branched phase 2 line and the branched phase 3 line, the energy store is open when the contactors are open -phasigem alternating current loadable. If the charging connection for this 3-phase AC charging is made with the combo plug type 2, the Protective flap open. If the charging connection for this 3-phase AC charging is made with the type 2 plug, the protective cover is closed.
- the exported charging devices are furthermore suitable for transmitting electrical energy to the vehicle in order to supply electrical consumers of the vehicle in the state of the vehicle and in the case of a charging connection produced with electrical power.
- An electrical connection of these consumers can be done for example via the poles of the energy storage and possibly intermediate DC actuators. This is advantageous, in particular in the case of a defective energy store or in the case of an energy store with limited charge absorption (for example, when fully charged).
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Abstract
Ladevorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Energiespeicher (1), wobei die Ladevorrichtung eine Ladequelle (2a), einen Ladestecker (3a), eine Ladebuchse (4c), ein Ladesteuergerät (5), ein Wechselstromladegerät (6) und ein Leistungsschaltmittel (7) umfasst und die Ladebuchse neun elektrisch belegbare Kontakte umfasst, wobei der erste Kontakt (11) als Pilotkontakt über eine Pilotleitung (Pilot) mit dem Ladesteuergerät verbunden ist, der zweite Kontakt (12) als Proxykontakt Ober eine Proxyleitung (Proxy) mit dem Ladesteuergerät verbunden ist, der dritte Kontakt (13) als Schutzleiterkontakt über eine Schutzleitung (PE) mit Fahrzeugmasse verbunden ist, der vierte Kontakt (14) als Neutralleiterkontakt über eine Neutralleitung (N) mit dem Wechselstromladegerät verbunden ist, und der fünfte Kontakt (15) als Phase- 1-Kontakt über eine Phase- 1-Leitung (L1) mit dem Wechselstromladegerät verbunden ist, der achte Kontakt (18) als positiver Gleichstromkontakt über eine DC-plus-Leitung (DC+) und über das Leistungsschaltmittel mit dem Energiespeicher verbunden ist, der neunte Kontakt (19) als negativer Gleichstromkontakt über eine DC-minus-Leitung (DC-) und über das Leistungsschaltmittel mit dem Energiespeicher verbunden ist, der sechste Kontakt (16) als Phase-2- Kontakt über eine Phase-2-Leitung (L2") mit der DC-minus-Leitung verbunden ist, und der siebte Kontakt (17) als Phase-3-Kontakt über eine Phase 3-Leitung (L3") mit der DC-plus-Leitung verbunden ist.
Description
Ladevorrlchtung für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrlchtung für ein Fahrzeug mit einem Energiespeicher, wobei die Ladevorrichtung eine Ladequelle, einen Ladestecker, eine Ladebuchse, ein
Ladesteuergerät, ein Wechselstromladegerät und ein Leistungsschaltmittel umfasst und die Ladebuchse neun elektrisch belegbare Kontakte umfasst, wobei der erste Kontakt als
Pilotkontakt über eine Pilotleitung mit dem Ladesteuergerät verbunden ist, der zweite Kontakt als Proxykontakt Ober eine Proxyleitung mit dem Ladesteuergerät verbunden ist, der dritte Kontakt als Schutzleiterkontakt Ober eine Schutzleitung mit Fahrzeugmasse verbunden ist, der vierte Kontakt als Neutralleiterkontakt über eine Neutralleitung mit dem Wechselstromladegerät verbunden ist, und der fünfte Kontakt als Phase-1 -Kontakt über eine Phase-1 -Leitung mit dem Wechselstromladegerät verbunden ist.
Fahrzeuge mit elektrifiziertem Antriebsstrang gelten weltweit als Schlüssel für die individuelle Mobilität der Zukunft. Die moderne Fahrzeugentwicklung arbeitet an Lösungen zum Laden eines fahrzeuginternen Speichers für die elektrischen Traktionsenergie. Aktuell sind
kabelgebundene, dezentrale Ladeverfahren favorisiert. Dies bedeutet, dass dem Nutzer des Fahrzeugs eine flächenbezogene Dichte an äußeren Ladequellen für das Fahrzeug zur Verfügung steht, bei der die mittlere Reichweite des Fahrzeugs mindestens der mittleren Distanz zwischen zwei Ladequellen entspricht. Ein hoher Ladekomfort zeichnet sich durch eine hohe Laderate, d.h. kurze Ladezeiten, und durch eine hohe Verfügbarkeit der Ladequellen für das Fahrzeug, d.h. durch hohe Kompatibilität der externen Ladequellen mit dem Fahrzeug, aus.
Nach dem Stand der Technik wird eine fahrzeugseitige Ladebuchse für einen kabelgebundenen Ladestecker etabliert, siehe etwa den internationalen Normentwurf IEC 62196. Der in diesem Normentwurf 62196 als Typ 2 bezeichnete 7-polige Stecker bietet dem Nutzer die Möglichkeit, die Batterie des Fahrzeugs mit Wechselstrom über das 1 -phasige Wechselstromnetz oder 3- phasige Wechselstromnetz zu laden und/oder mit Gleichstrom zu laden, sofern die Ladequelle diese beiden Ladearten bereitstellt. Dabei ist die Leistung beim Laden mit Gleichstrom auf eine Stromstärke von maximal 80 A bei einer Spannung von maximal 300 V - 480 V beschränkt. Falls eine Ladequelle das Laden mit Gleichstrom bis zu einer Stromstärke von maximal 200 A und einer Spannung von maximal 600 V - 850 V bereitstellt und damit schnelleres Laden ermöglicht, kommt nach dem Normentwurf IEC 62196 ein als Combo- 2 bezeichnetes Stecker- Buchse-System zum Einsatz, das über spezielle Gleichstromkontakte verfügt.
Falls ein Fahrzeug mit einer Ladedose für den Typ 2 Stecker ausgestattet ist, kann der Nutzer den Speicher an einer Ladequelle, die einen Combo- 2 Stecker aufweist, nicht mit einem Ladegleichstrom von Ober 80 A laden. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Ladevorrichtung zum elektrischen Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs zu beschreiben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ladevorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß ist der achte Kontakt als positiver Gleichstromkontakt Ober eine DC-plus- Leitung und Ober das Leistungsschaltmittel mit dem Energiespeicher, sowie der neunte Kontakt als negativer Gleichstromkontakt Ober eine DC-minus-Leitung und Ober das
Leistungsschaltmittel mit dem Energiespeicher verbunden. Ferner Ist gemäß der Erfindung der sechste Kontakt als Phase-2-Kontakt über eine Phase-2-Leitung mit der DC-minus-Leitung verbunden und der siebte Kontakt als Phase-3-Kontakt über eine Phase-3-Leftung mit der DC- plus-Leitung verbunden. Dies bietet den Vorteil, dass eine zwischen dem sechsten Kontakt und dem siebten Kontakt liegende äußere Gleichspannung auch zwischen der DC-minus Leitung und der DC-plus- Lertung anliegend ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Ladebuchse eine durch das Ladesteuergerät oder eine durch den Bediener betätigbare Schutzklappe auf, durch die ein geöffneter Zustand einnehmbar ist, und durch die ein geschlossener Zustand einnehmbar ist. Im geschlossenen Zustand sind der DC-plus-Kontakt und der DC-minus-Kontakt abgedeckt.
Durch die Schutzklappe entsteht der besondere Vorteil, dass der DC-plus-Kontakt und der DC- minus-Kontakt abdeckbar sind, so dass diese beiden Kontakte im Rahmen der
bestimmungsgemäßen Nutzung der Ladevorrichtung für den Nutzer bei geschlossener Schutzklappe nicht frei zugänglich sind.
Nach einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung weist die Ladebuchse einen
Klappensensor auf, von dem der Zustand der Schutzklappe erfassbar ist. Weiterhin umfasst die Erfindung nach dieser Variante zwischen dem Klappensensor und dem Ladesteuergerät eine Datenverbindung, über welche der erfasste Zustand der Schutzklappe Ober die
Datenverbindung von dem Klappensensor an das Ladesteuergerät übermittelbar ist. Durch den Klappensensor ist die Schutzklappe als in einem bestimmten Zustand befindlich erkennbar. Durch das Ladesteuergerät kann die Schutzklappe im Bedarfsfalle in den anderen Zustand gestellt werden. Alternativ kann dem Bediener eine Fehlstellung der Schutzklappe angezeigt werden. Bevorzugt ist ein erster Ladestecker in Form einer Stecker-Buchse-Verbindung bei geöffneter Schutzklappe oder bei geschlossener Schutzklappe an die Ladebuchse ansteckbar, der mindestens 3-polig und höchstens 7-polig ausgebildet ist. Mindestens drei Kernpole des ersten Ladesteckers sind elektrisch belegt, wobei bei einer mit dem ersten Ladestecker hergestellten Stecker-Buchse-Verbindung die ersten drei Kontakte belegungsgleich mit den Kernpolen des ersten Ladesteckers verbunden sind und die höchstens sieben Pole belegungsgleich mit den ersten sieben Kontakten der Buchse verbunden sind. Bei mit dem ersten Ladestecker hergestellter Stecker-Buchse-Verbindung ist die Schutzklappe schließbar oder geschlossen.
Der erste Ladestecker kann bezüglich seiner geometrischen Grundform beispielsweise als Stecker des Typ 2 nach dem internationalen Normentwurf IEC 62196 ausgebildet sein und die Ladebuchse des Fahrzeugs bezüglich ihrer geometrischen Gestaltung als Ladedose des Typs Combo- 2 ausgebildet sein. Mit den Kernpolen des Ladesteckers werden die Pole des Steckers bezeichnet, die bei bestimmungsgemäß hergestellter Stecker-Buchse-Verbindung mit dem Pilotkontakt, dem Proxykontakt und dem Schutzleiterkontakt elektrisch kontaktiert sind. Der erste Ladestecker kann bezüglich seiner geometrischen Grundform auch als Stecker des Typ 1 nach dem internationalen Normentwurf IEC 62196 ausgebildet sein. Dieser Steckerweist fünf Pole auf, die belegungsgleich mit den ersten fünf Kontakten der Buchse verbindbar sind. Belegungsgleichheit bedeutet, dass bei bestimmungsgemäßer Herstellung einer Stecker- Buchse-Verbindung ein vorbestimmter erster Pol des Steckers mit dem ersten Kontakt der Buchse, ein vorbestimmter zweiter Pol des Steckers mit dem zweiten Kontakt der Buchse, ein vorbestimmter dritter Pol des Steckers mit dem dritten Kontakt der Buchse, ein vorbestimmter vierter Pol des Steckers mit dem vierten Kontakt der Buchse und ein vorbestimmter fünfter Pol
des Steckers mit dem ersten Kontakt der Buchse verbunden ist. Es Ist also jeder elektrische Pol des Steckers mit einem vorbestimmten Kontakt der neun Kontakte der Ladebuchse elektrisch verbunden. Eine belegungsgleiche Verbindung Ist beispielsweise durch eine mechanische Führung des Steckers in der Ladebuchse mittels Überständen, Nasen oder Schienen gewährleistbar.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist bei mit dem ersten Ladestecker hergestellter Stecker-Buchse-Verbindung und bei elektrischer Belegung des vierten Kontakts und des fünften Kontakts mit Wechselspannung durch die Ladequelle die Batterie über das Wechselstromladegerät ladbar.
Dies bedeutet, dass der Nutzer der Ladevorrichtung das Fahrzeug mit einer Ladequelle, die 1- phasigen Wechselstrom bereitstellt, zum Laden des Energiespeichers über den ersten
Ladestecker verbinden kann.
Alternativ kann bei mit dem ersten Ladestecker hergestellter Stecker-Buchse-Verbindung und bei elektrischer Belegung des sechsten Kontakts und des siebten Kontakts mit Gleichspannung durch die Ladequelle die Batterie bei durch das Leistungsschaltmittel hergestellter
Leistungsverbindung und bei geschlossener Schutzklappe mit Gleichstrom geladen werden.
Falls nach dem Normentwurf IEC 62196 der erste Ladestecker als Stecker des Typ 2 und die Ladedose als Combo- 2 ausgebildet ist, die Ladequelle Gleichstrom bereitstellt, und der Nutzer das Fahrzeug über den ersten Ladestecker mit der Ladequelle verbindet, kann der
Energiespeicher bei geschlossener Schutzklappe mit Gleichstrom geladen werden. Nach dem Normentwurf IEC 62196 ist der Gleichstrom für das Laden mit Gleichstrom für den Typ 2 Stecker auf maximal 80 A begrenzt. Diese Ladeart wird als DC-low-Laden bezeichnet. Dass durch das Ladesteuergerät die Schutzklappe als im geschlossenen Zustand befindlich detektlerbar ist, so dass der positive Gleichstromkontakt und der negative Gleichstromkontakt nach außen nicht frei zugänglich berührbar sind, Ist beim DC-low-Laden mit dem Stecker Typ 2 vorausgesetzt.
Falls von der Ladequelle sowohl 1 -phasiger Wechselstrom als auch Gleichstrom bereitstellbar ist, wird vom Ladesteuergerät auf verschiedenen Parametern des Energiespeichers und der Ladequelle basierend eine der beiden Ladearten ausgewählt und durchgeführt. Ein
ausgewählter Ladevorgang wird von dem Ladesteuergerät nach dem Stand der Technik gesteuert bzw. geregelt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein zweiter Ladestecker in Form einer Stecker-Buchse-Verbindung bei geöffneter Schutzklappe an die Ladebuchse ansteckbar.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der zweite Ladestecker mindestens drei-polig und höchstens neun-polig ausgebildet ist, wobei mindestens drei Kernpole des zweiten
Ladesteckers elektrisch belegt sind. Bei mit dem zweiten Ladestecker hergestellter Stecker- Buchse-Verbindung sind die ersten drei Kontakte belegungsgleich mit den Kernpolen des zweiten Ladesteckers verbunden und die höchstens neun Pole belegungsgleich mit den neun Kontakten der Buchse verbunden.
Der zweite Ladestecker und die Ladedose können bezüglich ihrer geometrischen Grundform beispielsweise als Combo- 2 Stecker und Combo- 2 Ladedose nach dem internationalen
Normentwurf IEC 62196 ausgebildet sein. Mit den Kernpolen des Ladesteckers werden die Pole des Steckers bezeichnet, die bei bestimmungsgemäß hergestellter Stecker-Buchse-Verbindung mit dem Pilotkontakt, dem Proxykontakt und dem Schutzleiterkontakt elektrisch kontaktiert sind. Die weiteren sechs Kontakte der Buchse sind belegungsgleich mit maximal sechs weiteren Polen des Steckers kontaktiert, d.h. für bestimmte weitere Kontakte der Buchse können vorbestimmte Pole des Steckers vorhanden sein.
Vorzugsweise ist bei mit dem zweiten Ladestecker hergestellter Stecker-Buchse-Verbindung und bei elektrischer Belegung des achten Kontakts und des neunten Kontakts mit
Gleichspannung durch die Ladequelle die Batterie bei durch das Leistungsschaltmittel hergestellter Leistungsverbindung ladbar.
Sofern die Ladequelle Gleichspannung zum Laden bereitstellt, kann bei mit dem zweiten Ladestecker hergestellter Stecker-Buchse-Verbindung der Energiespeicher mit Gleichstrom auch bei einer Stromstärke von mehr als 80 A geladen werden. Diese Ladeart wird als DC-high- Laden bezeichnet. DC-high-Laden über den achten Kontakt und den neunten Kontakt kann auch mit einem 7-poligen Combo- 1 Stecker nach dem internationalen Normentwurf IEC 62196 möglich sein. Zusätzlich kann bei mit dem zweiten Ladestecker hergestellter Stecker-Buchse- Verbindung und
bei elektrischer Belegung des vierten Kontakts und des fünften Kontakts mit Wechselspannung durch die Ladequelle die Batterie Ober das Wechselstromladegerät geladen werden.
Dies bedeutet, dass mit dem zweiten Ladestecker der Energiespeicher auch mit Wechselstrom geladen werden kann, sofern die Ladequelle 1 -phasige Wechselspannung bereitstellt. Falls von der Ladequelle bei mit dem zweiten Ladestecker hergestellter Stecker-Buchse- Verbindung sowohl 1 -phasiger Wechselstrom als auch Gleichstrom zum DC-high-Laden bereitstellbar ist, wird vom Ladesteuergerät auf verschiedenen Parametern des Energiespeichers und der Ladequelle basierend eine Ladearten ausgewählt und durchgeführt. Ein ausgewählter
Ladevorgang wird von dem Ladesteuergerät nach dem Stand der Technik gesteuert bzw.
geregelt.
Die Ladevorrichtung bietet den Vorteil, dass über zwei verschiedene Stecker eine Stecker- Buchse-Verbindung und somit eine Ladeverbindung zwischen dem Fahrzeug und der
Ladequelle herstellbar ist. Unabhängig von der von der Ladequelle unterstützten Ladeart
(Wechselstrom, DC-low, DC-high) und dem benutzten Stecker (Typ 2 oder Combo- 2) ist durch den Nutzer des Fahrzeugs eine Ladeverbindung herstellbar. Abhängig von der von der Ladequelle unterstützten Ladeart (Wechselstrom, DC-low, DC-high) und dem benutzten Stecker (Typ 2 oder Combo- 2) ist durch das Ladesteuergerät der Ladevorgang durchführbar, der auf Basis verschiedener vorliegender Einflussgrößen geeignet ist.
Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
Für Elektro- und Hybrid-Fahrzeuge existieren verschiedene konduktive, d.h. kabelgebundene Ladetechnologien an einer externen Ladequelle. Eine dieser kabelgebundenen Ladevarianten ist dies AC- Laden, d.h. Wechselstromladen, wobei sich das Ladegerät im Fahrzeug befindet. Eine andere kabelgebundene Ladevariante ist das DC-Laden, d.h. Gleichstromladen, wobei sich das Ladegerät in der externen Ladestation. Das DC-Laden wird häufig auch als
Schnellladen bezeichnet, da die Ladeleistung üblicherweise über der des AC-Ladens liegt.
Der internationale Steckernormentwurf IEC 62196 beschreibt ein neuartiges Stecker-Buchse- System, das auch als Combo-Stecksystem bezeichnet wird. Damit ist es möglich, an einer einzigen Fahrzeugladedose einen Stecker anzuschließen, der AC-Laden ermöglicht. An dieser Fahrzeugladedose ist auch ein Stecker anschließbar, der DC-Laden ermöglicht. Ein Fahrzeug
mit einer solchen Ladetopologie auf Basis des Combo-Stecksystems kann sowohl an einer AC- Ladestation als auch an einer DC-Ladestation laden, wobei das Fahrzeug nur einen verbauten Ladeanschluss aufweist.
Das Combo-Stecksystem umfasst eine Ladedose und einen Ladestecker. Die Ladedose ist am Fahrzeug angebracht. Der Ladestecker, der auch als Coupler bezeichnet wird, ist beim DC- Laden fest mit der Ladestation Ober das Ladekabel verbunden.
Der Normentwurf IEC 62196 beschreibt verschiedene Stecker-Buchsen-Varianten. Dies betrifft beispielsweise einen Stecker, der als Typ 2 bezeichnet wird, und einen Stecker der als Combo- 2 bezeichnet wird. Abhangig von der Ladequelle kann das Fahrzeug mit dem Stecker Typ 2 mit Gleichstrom geladen werden, wobei der Stecker bis zu einem Ladestrom von 80 A ausgelegt ist. Diese Ladevariante wird als DC-low-Laden bezeichnet. Mit einem Stecker des Typs Combo- Stecker Typ 2 kann das Fahrzeug mit Gleichstrom geladen werden, wobei der Stecker bis zu einem Ladestrom von 200 A ausgelegt ist. Diese Ladevariante wird als DC-high-Laden bezeichnet. Zu diesem Zweck verfügt der Combo-Stecker Typ 2 über zwei auf eine hohe Stromtragfähigkeit ausgelegte Pole, die auch als DC-high-Pole bezeichnet werden. Die weiteren Pole des Combo-Steckers Typ 2 werden als Kernpole bezeichnet. Mit beiden Steckern kann in Abhängigkeit von der Ladestation das Fahrzeug auch mit Wechselstrom geladen werden.
Unabhängig vom an das Fahrzeug anzusteckenden Stecker (nach IEC 62196 etwa ein Stecker Typ 2, ein Stecker Combo-Stecker Typ 1 oder ein Stecker Combo-Stecker Typ 2 weist das Fahrzeug eine Ladearchitektur auf, die ein AC-Ladegerät, eine Kommunikationseinheit und ein DC-Schützsystem zur Leistungsschaltung umfasst. Das AC-Ladegerät wird ausschließlich für das AC-Laden benötigt. Das DC-Schützsystem stellt sicher, dass keine gefährliche Spannung an der Ladedose anliegt. Es ist ein zu gewährleistendes Sicherheitsziel, dass keine
Hochspannung an berührungsgefährdeten Teilen, wie etwa freistehenden Kontakten der Ladedose, anliegt.
Nach dem Stand der Technik zeichnet sich eine Verbreitung von unterschiedlichen externen Lademöglichkeiten für das Fahrzeug ab, die Laden nach unterschiedlichen Ladevarianten
ermöglichen. Daran ist nachteilig, dass im Fahrzeug eine komplexe Ladearchitektur vorhanden sein muss, die Laden mit möglichst vielen Ladevarianten ermöglicht.
Die Ladearchitektur sollte insbesondere das DC-low-Laden und das DC-high-Laden ermöglichen und mit dem Stecker Typ 2 und dem Combo-Stecker Typ 2 kompatibel sein.
Deshalb wird eine verbesserte Ladearchitektur vorgeschlagen, die über eine Ladebuchse für einen Combo-Stecker Typ 2 verfügt. Somit wird DC-high-Laden ermöglicht. Da die Ladebuchse für den Combo-Stecker Typ 2 dem Stecker Typ 2 kompatibel ist, kann mit der vorgeschlagenen Ladedose auch DC-low-Laden ermöglicht werden. In der Ladedose sind die für das DC-low- Laden bestimmten Pins mit den zu den DC-high-Polen gehörigen Pins für das DC-high-Laden elektrisch verbunden. Deshalb weist die Ladebuchse eine detektierbare Schutzklappe auf, mit der die zu den DC-high-Polen gehörigen Pins der Ladebuchse abdeckbar sind. Dies stellt sicher, dass beim DC-low-Laden die zu den DC-high-Polen gehörigen Pins von außen nicht berührbar frei zuganglich sind. Auf diese Weise sind keine separaten Schütze für die zum DC- low-Laden bestimmten Pins nötig. Bei Verwendung des Combo-Stecker Typ 2 ist die Klappe geöffnet, bei Verwendung des Stecker Typ 2 ist die Klappe bevorzugt geschlossen.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Merkmale.
Im Einzelnen zeigen schematisch
Fig. 1 Ladevorrlchtung mit maximal 7-poligem Ladestecker geeignet für DC-low-Laden (Stand der Technik)
Fig. 2 Ladevorrichtung mit maximal 9-poligem Ladestecker geeignet für DC-high-Laden (Stand der Technik)
Fig. 3 Ladevorrichtung mit maximal 9-poligem Ladestecker und mit Schutzklappe, DC-low- Laden bei geschlossener Schutzklappe
Fig. 4 Ladevorrichtung mit maximal 9-poligem Ladestecker und mit Schutzklappe, DC-high- Laden bei geöffneter Schutzklappe
Fig. 1 zeigt eine Ladevorrichtung nach dem Stand der Technik für einen Energiespeicher (1) eines Fahrzeugs. Außerhalb des Fahrzeugs ist eine Ladequelle (2a) befindlich. Je nach Bauart und Konfiguration der Ladequelle wird durch die Ladequelle Wechselstrom, der 1 -phasig oder 3-phasig sein kann, und/oder Gleichstrom zum Laden des Energiespeichers bereitgestellt. Die Ladequelle kann beispielsweise als öffentliche Ladestation oder als im Heimbereich des Fahrzeugnutzers installierte Wall-box ausgebildet sein.
Das Fahrzeug verfügt Ober eine Ladebuchse oder Ladedose (4a), die meist im Bereich der Außenhaut in das Fahrzeug integriert Ist und gegebenenfalls Ober eine Abdeckklappe ähnlich einem gängigen Tankdeckel von außen zugänglich machbar ist.
Das Fahrzeug verfügt außerdem Ober ein Ladesteuergerät (5a), ein Ladegerät (6), das in Fig. 1 als 1 -phasiges Wechselstromladegerät ausgeprägt ist, und eine SchOtzbox mit zwei Schützen (7) zur Leistungsschaltung bzw. -trennung. Zur Leistungsschaltung und -trennung kann alternativ auch eine MOSFET-Schaltung zum Einsatz kommen, um im Bedarfsfalle den Energiespeicher elektrisch von der Ladevorrichtung zu trennen bzw. an diese anzubinden. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird im Folgenden davon ausgegangen, dass eine Schutzschaltung verwendet wird.
Die Ladebuchse des Fahrzeugs weist in Fig. 1 sieben elektrische Kontakt auf. Der erste elektrische Kontakt (11 ) ist über eine Pilotleitung (Pilot) mit dem Ladesteuergerät verbunden und wird als Pilotkontakt bezeichnet. Der zweite elektrische Kontakt (12) ist über eine
Proximityleitung (Proxy) mit dem Ladesteuergerät verbunden und wird als Proximitykontakt bezeichnet. Der dritte elektrische Kontakt (13) ist über eine Schutzleitung (PE, protective earth) mit der Masse des Fahrzeugs verbunden und wird als Schutzkontakt bezeichnet. Der vierte elektrische Kontakt (14) ist als Neutralleiterkontakt ausgeführt und über eine Neutralleitung (N) mit dem Ladegerät verbunden. Der fünfte elektrische Kontakt (15) ist als Phasenkontakt ausgebildet und über eine Phasenleitung (L1) mit dem Ladegerät verbunden. Der sechste elektrische Kontakt (16) ist als Phasenkontakt ausgebildet und über eine Phasenleitung (L2) mit einem der beiden Schütze der Schützbox verbunden. Der siebte elektrische Kontakt (17) ist ebenfalls als Phasenkontakt ausgebildet und über eine Phasenleitung (L3) mit dem Schütz der beiden Schütze der Schützbox, der nicht mit der Phasenleitung (L2) verbunden ist.
An die Ladebuchse ist ein Ladestecker (3a) anschließbar. Der Ladestecker ist durch ein Kabel mit der Ladequelle verbunden. Der Ladestecker weist maximal sieben Pole auf. Dabei ist zu beachten, dass nach dem Stand der Technik nicht notwendigerweise jeder Pol des
Ladesteckers auch elektrisch belegt sein muss. Demzufolge kann beispielsweise ein
Ladestecker zum Einsatz kommen, der 7-polig ausgeführt ist und dabei fünf belegte Pole, d.h. fünf elektrische Pole, aufweist. Die beiden unbelegten Pole können aus einem leitenden oder nichtleitenden Material gefertigt sein oder bestenfalls andeutungsweise ausgeführt sein.
Zwischen dem Ladestecker und der Ladebuchse ist ausschließlich eine belegungsgleiche Stecker-Buchse-Verbindung herstellbar. Dies bedeutet, dass bei hergestellter,
belegungsgleicher Stecker-Buchse-Verbindung, die auch als Ladeverbindung bezeichnet wird, jeder elektrische Pol des Steckers mit einem vorbestimmten elektrischen Kontakt der sieben elektrischen Kontakte der Ladebuchse elektrisch verbunden ist.
Gängige Ladestecker weisen zumindest drei elektrische Pole auf, die bei einer Ladeverbindung mit dem Pilotkontakt, dem Proximitykontakt und dem Schutzkontakt verbunden sind.
Über den Proximitykontakt ist durch das Ladesteuergerät sind die Ladeverbindung und der Ladestecker identifizierbar und beispielsweise eine Wegfahrsperre des Fahrzeugs aktivierbar,: Bei einer Ladeverbindung ermöglicht die Pilotleitung eine Kommunikation zwischen dem
Ladesteuergerät und der Ladequelle und die Steuerung bzw. Regelung eines Ladevorganges.
Zum Beispiel ist bei einer Ladeverbindung mit zwischen dem vierten Kontakt und dem fünften Kontakt anliegender 1 -phasiger Wechselspannung der Energiespeicher über das Ladegerät ladbar. Diese Ladeart wird als Wechselstromladen bezeichnet. Dabei sind die Schütze der Schützbox geöffnet.
Stellt die Ladequelle über den Phasenkontakt (L2) und den Phasenkontakt (L3)
Gleichspannung bereit, ist der Energiespeicher mit Gleichstrom ladbar. Dabei sind die Schütze durch das Ladesteuergerät geschlossen.
Die in Fig. 1 beschriebene Stecker-Buchse-Verbindung der Ladevorrichtung genügt dem Stecker Typ 2 des internationalen Normentwurfs IEC 62196 für die kabelgebundene Ladung
von Elektrofahrzeugen. Demzufolge ist die Gleichstromladung bis zu einem Strom bei 80 A und einer Spannung bis zu 300 V - 480 V möglich. Diese Art des Gleichstromladens wird in diesem Dokument als DC-low-Laden bezeichnet.
Fig. 2 zeigt eine Ladevorrichtung nach dem Stand der Technik für einen Energiespeicher (1) eines Fahrzeugs. Außerhalb des Fahrzeugs ist eine Ladequelle (2b) befindlich. Je nach Bauart und Konfiguration der Ladequelle wird durch die Ladequelle Wechselstrom, der 1 -phasig oder 3-phasig sein kann, und/oder Gleichstrom zum Laden des Energiespeichers bereitgestellt. Die Ladequelle kann beispielsweise als öffentliche Ladestation oder als im Heimbereich des Fahrzeugnutzers installierte Wall-box ausgebildet sein. Das Fahrzeug verfugt Ober eine Ladebuchse oder Ladedose (4b), die meist im Bereich der Außenhaut in das Fahrzeug integriert ist und gegebenenfalls über eine Abdeckklappe ahnlich einem gangigen Tankdeckel von außen zugänglich machbar ist.
Das Fahrzeug verfügt außerdem über ein Ladesteuergerät (5b), ein Ladegerät (6), das in Flg. 1 als 1 -phasiges Wechselstromladegerät ausgeprägt ist, und eine Schützbox mit zwei Schützen (7).
Die Ladebuchse des Fahrzeugs weist in Fig. 2 neun Kontakte auf, von denen zwei Kontakte elektrisch unbelegt sind, d.h. mit diesen Kontakten keine elektrische Wirkung erzielbar ist. Der erste elektrische Kontakt (11 ) ist über eine Pilotleitung (Pilot) mit dem Ladesteuergerät verbunden und wird als Pilotkontakt bezeichnet. Der zweite elektrische Kontakt (12) ist über eine Proximityleitung (Proxy) mit dem Ladesteuergerät verbunden und wird als Proximitykorttakt bezeichnet. Der dritte elektrische Kontakt (13) ist über eine Schutzleitung (PE, protective earth) mit der Masse des Fahrzeugs verbunden und wird als Schutzkontakt bezeichnet. Der vierte elektrische Kontakt (14) ist als Neutralleiterkontakt ausgeführt und über eine Neutralleitung (N) mit dem Ladegerät verbunden. Der fünfte elektrische Kontakt (15) ist als Phasenkontakt ausgebildet und über eine Phasenleitung (L1) mit dem Ladegerät verbunden. Der sechste Kontakt (16') und der siebte Kontakt (17') sind nicht belegt. Der achte elektrische Kontakt (18) ist über eine Gleichstromleitung (DC+) mit einem der beiden Schütze der Schützbox verbunden und wird als positiver Gleichstromkontakt bezeichnet. Der neunte elektrische Kontakt (19) Ist über eine Glelchstromleitung (DC-) mit dem Schütz der beiden Schütze der Schützbox, der
nicht mit der Gleichstromlertung (DC+) verbunden ist. Der neunte Kontakt wird als negativer Gleichstromkontakt bezeichnet. An die Ladebuchse ist ein Ladestecker (3b) anschließbar. Der Ladestecker ist durch ein Kabel mit der Ladequelle verbunden. Der Ladestecker weist maximal neun Pole auf. Dabei ist zu beachten, dass nach dem Stand der Technik nicht notwendigerweise jeder Pol des
Ladesteckers auch elektrisch belegt sein muss. Demzufolge kann beispielsweise ein
Ladestecker zum Einsatz kommen, der 9-polig ausgeführt Ist und dabei fünf belegte Pole, d.h. fünf elektrisch wirksame Pole, aufweist. Die vier unbelegten Pole können aus einem leitenden oder nichtleitenden Material gefertigt sein oder bestenfalls andeutungsweise ausgeführt sein.
Wie in Fig. 1 ist auch in Fig. 2 zwischen dem Ladestecker und der Ladebuchse ist
ausschließlich eine belegungsgleiche Stecker-Buchse-Verbindung herstellbar. Dies bedeutet, dass bei einer Ladeverbindung jeder elektrische Pol des Steckers mit einem vorbestimmten Kontakt der neun Kontakte der Ladebuchse elektrisch verbunden ist.
Gängige Ladestecker weisen zumindest drei elektrische Pole auf, die bei einer Ladeverbindung mit dem Pilotkontakt, dem Proximitykontakt und dem Schutzkontakt verbunden sind.
Die Funktion von Pilotkontakt und Proximitykontakt verhält sich wie bei Fig. 1.
Zum Beispiel ist in Flg. 2 bei einer Ladeverbindung mit zwischen dem vierten Kontakt und dem fünften Kontakt anliegender 1 -phasiger Wechselspannung der Energiespeicher über das Ladegerät bei geöffneten Schützen ladbar.
Stellt die Ladequelle Ober den positiven Gleichstromkontakt und den negativen
Gleichstromkontakt Gleichspannung bereit, ist der Energiespeicher bei geschlossenen Schützen mit Gleichstrom ladbar.
Die in Fig. 2 beschriebene Stecker-Buchse-Verbindung der Ladevorrichtung genügt dem Stecker Combo- 2 des internationalen Normentwurfs IEC 62196 für die kabelgebundene Ladung von Elektrofahrzeiigen. Demzufolge ist die Gleichstromladung bis zu einem Strom bei 200 A und einer Spannung bis zu 600 V - 850 V möglich. Diese Art des Gleichstromladens wird
in diesem Dokument als DC-high-Laden bezeichnet und ermöglicht ein schnelleres Laden des Energiespeichers im Vergleich zum DC-low-Laden.
Die Figen. 3 und 4 zeigen ein ausgeführtes Beispiel der Erfindung. Es ist eine Ladevorrichtung für einen Energiespeicher (1) eines Fahrzeugs beschrieben.
Außerhalb des Fahrzeugs ist eine Ladequelle (2a oder 2b) befindlich. Je nach Bauart und Konfiguration der Ladequelle wird durch die Ladequelle Wechselstrom, der 1 -phasig oder 3- phasig sein kann, und/oder Gleichstrom zum Laden des Energiespeichers bereitgestellt. Die Ladequelle kann beispielsweise als öffentliche Ladestation oder als im Heimbereich des Fahrzeugnutzers installierte Wall-box ausgebildet sein.
Das Fahrzeug verfügt Ober eine Ladebuchse oder Ladedose (4c), die meist im Bereich der Außenhaut in das Fahrzeug integriert ist und gegebenenfalls Ober eine Abdeckklappe ähnlich einem gängigen Tankdeckel von außen zugänglich machbar ist.
Das Fahrzeug verfugt außerdem Ober ein Ladesteuergerät (5c), ein Ladegerät (6), das in den Figen. 3 und 4 als 1 -phasiges oder 3-phasiges Wechselstromladegerät ausgeprägt ist, und eine Schützbox mit zwei Schützen (7). Die Ladebuchse des Fahrzeugs weist in den Figen. 3 und 4 neun elektrische belegte Kontakte auf. Der erste elektrische Kontakt (11) ist über eine Pilotleitung (Pilot) mit dem Ladesteuergerät verbunden und wird als Pilotkontakt bezeichnet. Der zweite elektrische Kontakt (12) ist über eine Proximityleitung (Proxy) mit dem Ladesteuergerät verbunden und wird als Proximitykontakt bezeichnet. Der dritte elektrische Kontakt (13) ist über eine Schutzleitung (PE, protective earth) mit der Masse des Fahrzeugs verbunden und wird als Schutzkontakt bezeichnet. Der vierte elektrische Kontakt (14) ist als Neutralleiterkontakt ausgeführt und über eine Neutralleitung (N) mit dem Ladegerät verbunden. Der fünfte elektrische Kontakt (15) ist als Phasenkontakt ausgebildet und über eine Phasenleitung (L1) mit dem Ladegerät verbunden. Der achte elektrische Kontakt (18) ist über eine Gleichstromleitung (DC+) mit einem der beiden Schütze der Schützbox verbunden und wird als positiver Gleichstromkontakt bezeichnet. Der neunte elektrische Kontakt (19) ist über eine Gleichstromleitung (DC-) mit dem Schütz der beiden Schütze der Schützbox, der nicht mit der Gleichstromleitung (DC+) verbunden ist. Der neunte Kontakt wird als negativer Gleichstromkontakt bezeichnet.
Der sechste Kontakt (16") wird als Phase-2-Kontakt bezeichnet ist über eine elektrische Leitung (L2") mit dem negativen Gleichstromkontakt (19) kurzgeschlossen. Der siebte Kontakt (17") wird als Phase-3-Kontakt bezeichnet und ist über eine elektrische Leitung (L3") mit dem positiven Gleichstromkontakt (18) und der Gleichstromleitung (DC+) kurzgeschlossen. Der Kurzschluss zwischen dem Phase-2-Kontakt und dem negativen Gleichstromkontakt und der Kurschluss zwischen dem Phase-3-Kontakt und dem positiven Gleichstromkontakt erfolgt bevorzugt innerhalb der Ladebuchse durch Verbindung mit einer Stromschiene oder durch Vercrimpen der entsprechenden Leitungen, d.h. der Leitung (L3"') mit der Gleichstromleitung (DC+) und der Leitung (L2") mit der Gleichstromleitung (DC-). Die Ladebuchse in den Fig. 3 und 4 weist eine Schutzklappe auf, durch die ein geschlossener Zustand (20b in Fig. 3) oder ein geöffneter Zustand (20a in Fig. 4) einnehmbar ist. Der Zustand der Klappe ist durch einen Klappensensor (21) ermittelbar und eine Information Ober den Klappenzustand ist an das Ladesteuergerät Obertragbar. Die Erkennung des Klappenzustands kann auf der Detektion eines magnetischen Feldes der Klappe oder eines Teils der Klappe mittels eines Hallsensors beruhen. Ferner kann der Zustand der Klappe durch das
Ladesteuergerät mechanisch einstellbar sein.
In Fig. 3 Ist an die Ladebuchse ein Ladestecker (3a) anschließbar. Der Ladestecker ist durch ein Kabel mit der Ladequelle (2a) verbunden. Der Ladestecker weist maximal sieben Pole auf. Dabei ist zu beachten, dass nicht notwendigerweise jeder Pol des Ladesteckers auch elektrisch belegt sein muss. Demzufolge kann beispielsweise ein Ladestecker zum Einsatz kommen, der 7-polig ausgeführt ist und dabei fünf belegte Pole, d.h. fünf elektrisch wirksame Pole, aufweist. Die unbelegten Pole können aus einem leitenden oder nichtleitenden Material gefertigt sein oder bestenfalls andeutungsweise ausgeführt sein.
Wie in den Figen. 1 und 2 ist zwischen dem Ladestecker und der Ladebuchse ausschließlich eine belegungsgleiche Stecker-Buchse-Verbindung herstellbar. Dies bedeutet in Fig. 3, dass bei einer Ladeverbindung jeder elektrische Pol des Steckers mit einem vorbestimmten Kontakt der ersten sieben Kontakte der Ladebuchse elektrisch verbunden ist.
In Fig. 3 kommt ohne Beschränkung der Allgemeinheit ein Stecker Typ 2 des internationalen Normentwurfs IEC 62196 für die kabelgebundene Ladung von Elektrofahrzeugen zum Einsatz.
Ist in Fig. 3 durch die Ladequelle zum Beispiel bei einer Ladeverbindung zwischen dem vierten Kontakt (14) und dem fünften Kontakt (15) eine 1 -phasige Wechselspannung anliegend, so ist der Energiespeicher Ober das Ladegerät bei geöffneten Schützen ladbar.
Stellt die Ladequelle über den Phase-2-Kontakt und den Phase-3-Kontakt Gleichstrom zum DC- low-Laden bereit, ist der Energiespeicher bei geschlossenen Schützen unter der Voraussetzung ladbar, dass die Schutzklappe vom Ladesteuergerät geschlossen ist und der Klappensensor dem Ladesteuergerät eine Information über den geschlossenen Zustand der Schutzklappe Obermittelt. Erst dann sind die Schütze durch das Ladesteuergerät zum Laden schließbar.
Die geschlossene Schutzklappe zum DC-low-Laden stellt sicher, dass der negativ
Gleichstromkontakt und der positive Gleichstromkontakt beim DC-low-Laden nicht bezüglich der Außenhaut des Fahrzeugs nach außen hin frei zugänglich berührbar sind. Dies ist eine
Notwendigkeit für die persönliche Sicherheit des Anwenders oder Nutzers der Ladevorrichtung für das Fahrzeug. Da die Gleichstromleitungen (DC+ und DC-) für das DC-high-Laden ausgelegt sind, ist das DC- low-Laden auslegungsgemäß möglich.
In Fig. 4 ist an die Ladebuchse ein Ladestecker (3b) bei geöffneter Schutzklappe anschließbar. Der Ladestecker ist durch ein Kabel mit der Ladequelle (2b) verbunden. Der Ladestecker weist maximal neun Pole auf. Dabei ist zu beachten, dass nicht notwendigerweise jeder Pol des Ladesteckers auch elektrisch belegt sein muss. Demzufolge kann beispielsweise ein
Ladestecker zum Einsatz kommen, der 9-polig ausgeführt ist und dabei fünf belegte Pole, d.h. fünf elektrisch wirksame Pole, aufweist. Die unbelegten Pole können aus einem leitenden oder nichtleitenden Material gefertigt sein oder bestenfalls andeutungsweise ausgeführt sein.
Wie in den Figen. 1, 2 und 3 ist zwischen dem Ladestecker und der Ladebuchse ausschließlich eine belegungsgleiche Stecker-Buchse-Verbindung herstellbar. Dies bedeutet in Fig. 4, dass bei einer Ladeverbindung jeder elektrische Pol des Steckers mit einem vorbestimmten Kontakt der neun Kontakte der Ladebuchse elektrisch verbunden ist.
In Fig. 4 kommt ohne Beschränkung der Allgemeinheit ein Stecker Combo- 2 des internationalen Normentwurfs IEC 62196 für die kabelgebundene Ladung von
Elektrofahrzeugen zum Einsatz. Ist in Fig. 4 durch die Ladequelle zum Beispiel bei einer Ladeverbindung zwischen dem vierten Kontakt (14) und dem fünften Kontakt (15) eine 1 -phasige Wechselspannung anliegend, so ist der Energiespeicher über das Ladegerät bei geöffneten Schützen ladbar.
Stellt die Ladequelle über den positiven Gleichstromkontakt und den negativen
Gleichstromkontakt zum DC-high-Laden bereit, Ist der Energiespeicher bei geschlossenen Schützen ladbar.
Der Vorteil einer Ladevorrichtung mit einer Ladebuchse gemäß Fig. 3 oder Fig. 4 ergibt sich dadurch, dass unabhängig davon, ob an einer Ladequelle der Stecker Typ 2 oder der Combo- Stecker Typ 2 verfügbar ist, und unabhängig davon, welche Ladeart (Wechselstromladen, DC- low-Laden oder DC-high-Laden) durch die Ladequelle bereitgestellt ist, der Energiespeicher des Fahrzeugs nicht nur ladbar ist, sondern auch die von der Ladestation bereitgestellte Ladeart, die die kürzeste Ladezelt ermöglicht, vom Ladesteuergerät wählbar ist. Für den Nutzer ergibt sich ein hohes Maß an Flexibilität und eine hohe Verfügbarkeit von Ladevarianten an einer Vielzahl von Ladequellen. Die technische Lösung aus den Figen. 3 und 4 ist zu kostengünstig und bauraumsparend umsetzbar. Für den Nutzer ist die Ladevorrichtung leicht bedienbar. Außerdem sichert sie dem Nutzer ein hohes Maß an körperlichem Schutz vor der Berührung von Hochvoltkomponenten zu. Ausgehend von den Ausführungen in Fig. 3 und Fig. 4 bieten sich zwei weitere Möglichkeiten, die darin bestehen Jeweils die Phase-2-Leitung (L2") und die Phase-3-Leitung (L3") in Form einer Verzweigung zusätzlich mit einem Wechselstromladegerät zu verbinden, das als 3- phasiges Wechselstromladegerät ausgeführt ist. Dieses weist dann neben den Eingängen für die Neutralleitung (N) und die Phase-1 -Leitung (L1) einen Eingang für die Verzweigung der Phase-2-Leitung und der Phase-3-Leitung auf. Falls die Ladequelle 3-phasigen Wechselstrom bei hergestellter Ladeverbindung über die Neutralleitung (N), die Phase-1 -Leitung (L1), die verzweigte Phase-2-Leitung und die verzweigte Phase-3-Leitung ist der Energiespeicher bei geöffneten Schützen mit 3-phasigem Wechselstrom ladbar. Falls die Ladeverbindung für dieses 3-phasige Wechselstromladen mit dem Combo-Stecker Typ 2 hergestellt ist, ist die
Schutzklappe geöffnet. Falls die Ladeverbindung für dieses 3-phasige Wechselstromladen mit dem Stecker Typ 2 hergestellt ist, ist die Schutzklappe geschlossen.
Die ausgeführten Ladevorrichtungen sind femer dazu geeignet, elektrische Energie in das Fahrzeug zu übertragen, um elektrische Verbraucher des Fahrzeugs im Stand des Fahrzeugs und bei hergestellter Ladeverbindung mit elektrischer Leistung zu versorgen. Eine elektrische Anbindung dieser Verbraucher kann beispielsweise über die Pole des Energiespeichers und möglicherweise zwischengeschalteten Gleichstromstellern erfolgen. Insbesondere bei einem defekten Energiespeicher oder bei einem Energiespeicher mit beschränkter Ladungsaufnahme (z.B. bei vollem Ladezustand) ist dies vorteilhaft.
Claims
1. Ladevorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Energiespeicher (1 ), wobei die
Ladevorrfchtung eine Ladequelle (2a), einen Ladestecker (3a), eine Ladebuchse (4c), ein Ladesteuergerät (5), ein Wechselstromladegerät (6) und ein Leistungsschaltmittel (7) umfasst und die Ladebuchse neun elektrisch belegbare Kontakte umfasst, wobei der erste Kontakt (11) als Pilotkontakt Ober eine Pilotleitung (Pilot) mit dem Ladesteuergerät verbunden ist, der zweite Kontakt (12) als Proximitykontakt über eine Proxyleitung (Proxy) mit dem Ladesteuergerät verbunden ist, der dritte Kontakt (13) als
Schutzleiterkontakt über eine Schutzleitung (PE) mit Fahrzeugmasse verbunden ist, der vierte Kontakt (14) als Neutralleiterkontakt über eine Neutralleitung (N) mit dem
Wechselstromladegerät verbunden ist, und der fünfte Kontakt (15) als Phase-1 -Kontakt Ober eine Phase-1 -Leitung (L1) mit dem Wechselstromladegerät verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- der achte Kontakt (18) als positiver Gleichstromkontakt Ober eine DC-plus-Leitung
(DC+) und Ober das Leistungstrennmittel mit dem Energiespeicher verbindbar ist,
- der neunte Kontakt (19) als negativer Gleichstromkontakt über eine DC-minus- Leitung (DO) und über das Leistungstrennmittel mit dem Energiespeicher verbindbar ist,
- der sechste Kontakt (16) als Phase-2-Kontakt Ober eine Phase-2-Leitung (L2") mit der DC-minus-Leitung verbunden ist, und
- der siebte Kontakt (17) als Phase-3-Kontakt über eine Phase-3-Leitung (L3") mit der DC-plus-Leitung verbunden ist.
2. Ladevorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Ladebuchse eine Schutzklappe aufweist,
- durch die Schutzklappe ein geöffneter Zustand (20a) einnehmbar ist,
durch die Schutzklappe ein geschlossener Zustand (20b) einnehmbar ist, und dass
- bei geschlossenem Zustand der DC-plus-Kontakt und der DG-minus-Kontakt abgedeckt sind.
3. Ladevorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ladebuchse einen Klappensensor (21) aufweist,
von dem Klappensensor der Zustand der Schutzklappe erfassbar ist,
die Ladevorrichtung zwischen dem Klappensensor und dem Ladesteuergerät eine
Datenverbindung umfasst, und dass
der erfasste Zustand der Schutzklappe über die Datenverbindung von dem
Klappensensor an das Ladesteuergerät übermittelbar ist.
4. Ladevorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein erster Ladestecker in Form einer Stecker-Buchse-Verbindung bei geöffneter Schutzklappe oder bei geschlossener Schutzklappe an die Ladebuchse ansteckbar ist, der erste Ladestecker mindestens 3-polig und höchstens 7-polig ausgebildet Ist, mindestens drei Kernpole des ersten Ladesteckers elektrisch belegt sind,
bei mit dem ersten Ladestecker hergestellter Stecker-Buchse-Verbindung die ersten drei Kontakte belegungsgleich mit den Kernpolen des ersten Ladesteckers verbunden sind, bei mit dem ersten Ladestecker hergestellter Stecker-Buchse-Verbindung die höchstens sieben Pole belegungsgleich mit den ersten sieben Kontakten der Buchse verbunden sind, und dass
bei mit dem ersten Ladestecker hergestellter Stecker-Buchse-Verbindung die
Schutzklappe schließbar ist oder geschlossen ist.
5. Ladevorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass bei mit dem ersten Ladestecker hergestellter Stecker- Buchse-Verbindung und
bei elektrischer Belegung des vierten Kontakts und des fünften Kontakts mit
Wechselspannung durch die Ladequelle die Batterie über das Wechselstromladegerät ladbar ist.
6. Ladevorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass bei mit dem ersten Ladestecker hergestellter Stecker- Buchse-Verbindung und
bei elektrischer Belegung des sechsten Kontakts und des siebten Kontakts mit Gleichspannung durch die Ladequelle die Batterie bei hergestellter Leistungsverbindung durch das Leistungsschaltmittel und bei geschlossener Schutzklappe ladbar ist.
7. Ladevorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein zweiter Ladestecker in Form einer Stecker-Buchse-Verbindung bei geöffneter Schutzklappe an die Ladebuchse ansteckbar ist,
der zweite Ladestecker mindestens drei-polig und höchstens neun-polig ausgebildet ist, mindestens drei Kempole des zweiten Ladesteckers elektrisch belegt sind,
bei mit dem zweiten Ladestecker hergestellter Stecker-Buchse-Verbindung die ersten drei Kontakte belegungsgleich mit den Kernpolen des zweiten Ladesteckers verbunden sind,
bei mit dem zweiten Ladestecker hergestellter Stecker-Buchse-Verbindung die höchstens neun Pole belegungsgleich mit den neun Kontakten der Buchse verbunden sind.
8. Ladevorrichtung nach Anspruch 7
dadurch gekennzeichnet, dass bei mit dem zweiten Ladestecker hergestellter Stecker- Buchse-Verbindung und
bei elektrischer Belegung des achten Kontakts und des neunten Kontakts mit
Gleichspannung durch die Ladequelle die Batterie bei hergestellter Leistungsverbindung durch das Leistungsschaltmittel ladbar ist.
9. Ladevorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekannzeichnet, dass bei mit dem zweiten Ladestecker hergestellter Stecker- Buchse-Verbindung und
bei elektrischer Belegung des vierten Kontakts und des fünften Kontakts mit
Wechselspannung durch die Ladequelle die Batterie Ober das Wechselstromladegerät ladbar ist.
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