WO2024067910A1 - Ladesteckverbinder für ein elektro- oder hybridfahrzeug - Google Patents

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WO2024067910A1
WO2024067910A1 PCT/DE2023/100674 DE2023100674W WO2024067910A1 WO 2024067910 A1 WO2024067910 A1 WO 2024067910A1 DE 2023100674 W DE2023100674 W DE 2023100674W WO 2024067910 A1 WO2024067910 A1 WO 2024067910A1
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WO
WIPO (PCT)
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charging
charging connector
connector
contacts
communication module
Prior art date
Application number
PCT/DE2023/100674
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ingo NÖVERMANN
Michael Berres
Original Assignee
Kiekert Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kiekert Aktiengesellschaft filed Critical Kiekert Aktiengesellschaft
Publication of WO2024067910A1 publication Critical patent/WO2024067910A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B60L53/16—Connectors, e.g. plugs or sockets, specially adapted for charging electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to a charging connector for an electric or hybrid vehicle, with a housing and charging contacts arranged in the housing for conducting electrical current.
  • Electric and hybrid vehicles have a rechargeable energy storage device, usually a high-voltage battery, which supplies energy to an electric drive motor during operation.
  • the storage capacities of these high-voltage batteries are limited, so they must be regularly recharged at a charging station.
  • the battery is charged using a charging cable provided between the charging station and the vehicle.
  • the charging cable is equipped with a charging plug on one side, which can be plugged into a charging socket provided on the charging station, and with a charging coupling on the other side, which can be connected to a charging plug installed in the electric or hybrid vehicle, for example in accordance with the European standard IEC 62196.
  • charging sockets, charging plugs, charging couplings and charging plugs are subsumed under the term "charging connector”.
  • Charging sockets and charging couplings have contact sleeves as charging contacts, and charging plugs and charging plugs that can be installed in electric and hybrid vehicles have contact pins as charging contacts that are inserted into the
  • Contact sleeves can be inserted.
  • the plug contacts between a charging plug and a charging coupling are subject to increased wear on the surface due to frequent use and repeated plugging and unplugging. This wear leads to an increase in contact resistance, which can cause significant heat to develop during the charging process.
  • Charging connectors for electric and hybrid vehicles are subject to legal and user-specific requirements regarding the temperature monitoring of AC and DC charging contacts.
  • a temperature measurement is usually required on both DC charging contacts.
  • a component suitable for temperature measurement usually an NTC resistor, is brought as close as possible to the heat source, i.e. the charging contact, in order to enable real-time temperature monitoring for charging optimization and safety monitoring.
  • An NTC resistor is a resistor that is used in electronic components. It is also called a thermistor or hot conductor.
  • the abbreviation "NTC” stands for "negative temperature coef ficient" and describes the property of hot conductors to conduct electricity better as the temperature increases because they have a negative temperature coef fi cient.
  • PTC resistors are also known.
  • a PTC resistor also called a thermistor or PTC thermistor (“positive temperature coefficient”), is also a temperature-dependent resistor, but at low Temperatures conduct electrical current better than at high temperatures.
  • PTC resistors that have an almost linear characteristic curve (resistance as a function of temperature).
  • PTC resistors that behave non-linearly and where the resistance increases sharply in the area of the nominal response temperature.
  • Such PTC elements can therefore be used to implement a type of "safety" by returning a rapidly changing value to a reading system when the critical temperature is exceeded.
  • Temperature monitoring may also be required for AC charging contacts. Depending on the standard and manufacturer specification, a real temperature measurement or only detection of exceeding a temperature threshold is required. This may be required either for all AC charging contacts (e.g. LI, L2, L3 and N for connectors in accordance with the European standard IEC 62196 Type 2), separately for each AC charging contact, or bundled, i.e. for all AC charging contacts together.
  • AC charging contacts e.g. LI, L2, L3 and N for connectors in accordance with the European standard IEC 62196 Type 2
  • DE 10 2015 106 251 A1 describes a temperature monitoring device with a support element extending flatly along a plane with at least one opening.
  • the carrier element can be designed as a circuit board.
  • the contact elements are components of a contact assembly that can be attached to the plug insert as a modular unit.
  • the contact assembly has a temperature monitoring device with a carrier device element on .
  • the temperature monitoring device serves to detect any impermissible heating on at least those contact elements that are used to transmit large currents during operation of the plug connector part.
  • the carrier element has a metallic coating at each opening to provide a contact surface in the form of a plated-through hole.
  • An electrical assembly with a temperature monitoring device is known from WO 2021/004765 A1.
  • a connector part with both AC charging pins and DC charging pins is provided for this purpose.
  • the connector part has an electrical assembly.
  • This assembly consists of contact elements that are arranged on a support element and are electrically connected to associated load lines. For this purpose, each contact element is accommodated in an assigned receiving opening in the carrier element.
  • the object of the invention is to design the communication between a charging connector for an electric or hybrid vehicle and an external device in a simple and efficient manner.
  • a charging connector for an electric or hybrid vehicle with a housing, charging contacts arranged in the housing for conducting electrical current and a communication module for sending and/or receiving a serial signal.
  • the basic idea of the invention is that different sensor data can be transmitted via just one or a few signal lines if a communication module is provided for sending and/or receiving a serial signal.
  • the flow of information can be increased considerably in this way, which benefits additional diagnostic requirements and performance demands.
  • the charging connector according to the invention that it is intended to be plugged into a corresponding charging connector.
  • the communication module is designed in such a way that, when the charging connector is plugged in, it allows communication to and/or from the corresponding charging connector. In this way, communication is possible via a charging cable between a charging station and an electric or hybrid vehicle connected to the charging station with the charging cable.
  • a charging connector that has the same connector face as the charging plug connector according to the invention, whereby one plug face has contact pins when the other plug face has contact sleeves, and vice versa.
  • the set comprising the charging plug connector according to the invention and the corresponding charging plug connector can therefore be plugged together.
  • the corresponding charging plug connector for example, does not have all of the contacts that are present in the charging plug connector according to the invention, but the existing contacts of the corresponding charging plug connector correspond to the charging plug according to the invention in terms of the plug face, so that the charging plug connector according to the invention and the corresponding charging plug connector can also be plugged together in this case.
  • Such a case occurs, for example, with a charging coupling connected to a charging cable for direct current charging in accordance with the European standard IEC 62196 Type 2.
  • Such a charging coupling can be plugged into a charging plug installed in the body of an electric or hybrid vehicle and suitable for alternating current charging as well as direct current charging, whereby in the alternating current plug face of the direct current charging coupling only the communication contacts and the protective contact are present, but no contacts for outer conductors and a center conductor for alternating current charging.
  • the communication module can be located inside the housing. However, this is not absolutely necessary.
  • the communication module can be be arranged inside or outside the housing. Arranging the communication module outside the housing can be particularly advantageous if the charging connector is a built-in charging plug that is attached to the body of an electric or hybrid vehicle. In this case, there is usually enough space within the body to install the communication module without it disturbing or hindering other equipment.
  • the communication module comprises a multiplexer for multiplexing signals detected in or on the charging connector.
  • a temperature sensor for detecting the temperature of the respective charging contact is arranged on a plurality of the charging contacts and that the temperature sensors are connected to the multiplexer, so that temperature signals originating from the temperature sensors can be transmitted to the multiplexer and can be converted from this to a serial data stream.
  • Temperature monitoring of the DC charging contacts of a charging connector for an electric or hybrid vehicle is already required by the standard (European standard IEC 62196). However, it is preferably the case that the temperatures of the DC charging contacts should also be monitored, and preferably all AC charging contacts.
  • DC charging contacts which are intended exclusively for charging with direct current. With such direct current charging contacts, heating occurs to a particular extent when charging with high currents.
  • AC charging contacts This refers to the external conductors and the neutral conductor (center conductor), which are also intended for charging with alternating current.
  • An external conductor also known colloquially as a phase
  • a neutral conductor is a conductor that is electrically connected to the neutral point and capable of contributing to the distribution of electrical energy.
  • the contacts which are referred to here as AC charging contacts, are designated LI, L2 and L3 (outer conductor) and N (neutral conductor) and the DC charging contacts are designated DC+ and DC-.
  • LI, L2 and L3 (outer conductor) and N neutral conductor
  • DC+ and DC- the contacts
  • This understanding should not be contradicted by the fact that the European standard IEC 62196 also recognizes an operating mode according to which direct current charging takes place via the contacts LI, L2, L3 and N.
  • a separate signal line would have to be connected to an evaluation unit for each AC contact to monitor the temperatures of the AC charging contacts.
  • a series circuit can be used, e.g. made up of PTC elements. Such a series circuit However, the serial connection does not allow any conclusions to be drawn about the individual temperature of individual AC charging contacts.
  • the use of a multiplexer now makes it possible to bundle signals and send them serially via a single signal line.
  • the multiplexer can either be controlled via control lines so that a respective channel is selected, or a periodic change of channels is triggered via a clock generator and synchronized with the evaluation unit.
  • At least one control line is connected to the multiplexer in order to control the temporal sequence of the temperature signals from the temperature sensors in the serial data stream.
  • the temperature signals from the temperature sensors may follow one another periodically in the serial data stream.
  • multiplexer By using the multiplexer, many signal lines can be bundled into one. Depending on the number of inputs, an appropriate multiplexer must be selected (four inputs to one output - 4:1, eight inputs to one output - 8:1, etc. The number of control lines also increases with the number of inputs. A 4:1 multiplexer requires two control lines, an 8:1 multiplexer requires three.
  • One advantage of external control of the multiplexer is that only the lines that are currently of interest to the evaluation unit can be queried. So if only AC charging occurs, the DC temperature sensors can be ignored and more time can be used for the AC temperature sensors. As said, alternatively, a periodic query of all input signals can take place and the clock of the multiplexer can then be synchronized with the evaluation unit. This reduces the number of control lines to one for the clock generator, but also leads to a reduction in flexibility, since each input line is now mapped to the output the same number of times and for the same length of time.
  • the communication module can additionally or alternatively be set up to receive digital signals.
  • the communication module is set up for bidirectional communication of serial signals.
  • the charging connector can not only send signals but also receive them, e.g. to control a device of the charging connector.
  • the charging connector is additionally provided with an actuator and a control device for controlling the actuator, wherein the communication module is connected to the control device for transmitting a control signal received by the communication module.
  • the charging connector is a charging plug for attachment to the body of an electric or hybrid vehicle.
  • the invention also relates to the use of a previously described charging connector on the body of an electric or hybrid vehicle.
  • the invention also relates to a method for communication between a charging connector for an electric or hybrid vehicle and a device different from the charging connector, the communication taking place by means of a serial signal.
  • the charging connector outputs a signal converted by a multiplexer.
  • the charging connector sends and/or receives a digital signal. Further refinements, functions and advantages of this method arise in analogy to the previously described charging connector.
  • Fig. 1 shows a charging connector in a perspective view according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 to the charging connector from Fig. 1 corresponding charging connector in a perspective view
  • Fig. 3 schematically shows a charging connector according to a preferred exemplary embodiment of the invention with a multiplexer
  • Fig. 4 schematically shows a charging connector according to a preferred exemplary embodiment of the invention with a digital part for receiving digital control data.
  • FIG. 1 shows a charging connector 1 according to a preferred exemplary embodiment of the invention in a perspective view.
  • the charging connector 1 has a housing 2 and charging contacts 3 arranged in the housing 2. These are, on the one hand, AC charging contacts 8 for AC charging and, on the other hand, DC charging contacts 9 for DC charging.
  • the one in Fig. 1 shown charging connector 1 is a charging connector for installation in the body of an electric or hybrid vehicle.
  • the charging connector 1 can be coupled to a corresponding charging connector 12, which is shown in Fig. 2.
  • This is a charging coupling that can be attached to a charging cable and can be plugged together with the charging plug.
  • the charging coupling shown here as an example is one for direct current charging and therefore has corresponding direct current charging contacts 13, a protective contact 14 and signal contacts 15. Both the charging plug shown here and the coupling shown here correspond to Their mating face corresponds to the European standard IEC 62196 .
  • the charging connector is namely equipped with a communication module 4 for sending a serial signal.
  • the communication module 4 has a multiplexer 5 for multiplexing signals detected in the charging connector 1.
  • both the DC charging contacts 9 and the AC charging contacts 8 are each provided with a temperature sensor 6.
  • the temperature sensors 6 are NTC elements in the present case.
  • the respective temperature can be determined individually at each direct current charging contact 9 or at each alternating current charging contact 8.
  • the temperature sensors 6 are now connected to the multiplexer 5 in such a way that the temperature signals originating from the temperature sensors 6 are transmitted to the multiplexer 5 so that they can then be converted by the multiplexer into a serial data stream.
  • This serial data stream is then fed via the signal lines 7 to an evaluation unit (not shown in more detail), which is designed separately from the charging connector 1.
  • control lines could be connected to the multiplexer 5 in order to control the temporal sequence of the temperature signals from the temperature sensors 6 in the serial data stream. With the help of such control lines, it could be determined which temperature sensor 6 data is of interest and should therefore be fed to the evaluation unit.
  • the temperature signals from the temperature sensors 6 follow one another periodically in the serial data stream.
  • a sequence of temperature signals could be provided in which the temperature signals for the two direct current charging contacts 9 are followed by the temperature signals for the four alternating current charging contacts 8, etc., i.e., using the nomenclature from the European standard IEC 62196, the sequence would be "DC+, DC-, LI, L2, L3, N, DC+, . . . ".
  • Fig. 4 now shows schematically a charging connector 1 according to another preferred exemplary embodiment of the invention with a digital part 16 arranged in the communication module 4 for receiving digital control data.
  • control data is received from outside the charging connector 1 via the signal lines 7 in order to initiate control for a component of the charging connector 1.
  • the charging connector 1 has a locking flap 17, with which the opening within which the AC charging contacts 8 and the DC charging contacts 9 are arranged can be closed and locked to the outside.
  • An actuator 10 is provided for opening and closing this locking flap 17, here in the form of an electric motor.
  • the actuator 10 is connected to a control device 11, by means of which the actuator 10 can be controlled in such a way that the locking flap 17 opens or. closes.
  • Corresponding signals that indicate opening or Closing of the locking flap 17 is supplied to the control device 11 from outside the charging connector, namely via the signal lines 7 and the communication module 4 having the digital part 16.
  • the communication module 4 in the present case is set up for bidirectional communication of serial signals, so that it can not only receive signals that specify whether the locking flap 17 should be closed or opened. Rather, it is also possible here for the control device to transmit data to the digital part 16 of the communication module 4 that indicates what the position of the locking flap 17 is, i.e. open or closed, so that this information is available in the form of digital data via the S signal lines 7 can be output.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Ladesteckverbinder (1) für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einem Gehäuse (2), in dem Gehäuse (2) angeordneten Ladekontakten (3) zum Leiten von elektrischem Strom und einem Kommunikationsmodul (4) zum Senden und/oder Empfangen eines seriellen Signals. Auf diese Weise kann die Kommunikation zwischen einem Ladesteckverbinder (1) für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und einer externen Einrichtung einfach und effizient ausgestaltet werden.

Description

Lade Steckverbinder für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug
Die Erfindung betri f ft einen Ladesteckverbinder für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einem Gehäuse und in dem Gehäuse angeordneten Ladekontakten zum Leiten von elektrischem Strom .
Elektro- und Hybridfahrzeuge verfügen über einen aufladbaren Energiespeicher, in der Regel eine Hochvolt-Batterie , die im Fährbetrieb einem elektrischen Antriebsmotor Energie bereitstellt . Die Speicherkapazitäten dieser Hochvolt-Batterien sind begrenzt , so dass sie regelmäßig an einer Ladestation wieder aufgeladen werden müssen . Das Laden der Batterie erfolgt über ein zwischen Ladestation und Fahrzeug vorgesehenes Ladekabel , wobei das Ladekabel z . B . gemäß der europäischen Norm IEC 62196 auf der einen Seite mit einem Ladestecker, der in eine an der Ladestation vorgesehene Ladesteckdose einsteckbar ist , und auf der anderen Seite mit einer Ladekupplung versehen ist , die mit einem im Elektro- und Hybridfahrzeug installierten Ladeeinbaustecker verbindbar ist . Vorliegend werden Ladesteckdosen, Ladestecker, Ladekupplungen und Ladeeinbaustecker unter dem Begri f f „Ladesteckverbinder" subsum- miert . Ladesteckdosen und Ladekupplungen weisen als Ladekontakte Kontakthülsen auf , und Ladestecker sowie in Elektro- und Hybridfahrzeuge einbaubare Ladeeinbaustecker weisen als Ladekontakte Kontaktsti fte auf , die in die
Kontakthülsen einsteckbar sind . Die Steckkontakte zwischen einem Ladeeinbaustecker und einer Ladekupplung unterliegen bedingt durch häufige Nutzung und wiederholtem Ein- und Ausstecken einem erhöhten Verschleiß an der Oberfläche . Durch diesen Verschleiß kommt es zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstandes , was beim Ladevorgang eine deutliche Wärmeentwicklung hervorrufen kann .
Ladesteckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge unterliegen gesetzlichen und anwenderspezi fischen Anforderungen was die Temperaturüberwachung von Wechselstrom- und Gleichstromladekontakten betri f ft . Für ein Gleichstromladen wird in der Regel eine Temperaturmessung an beiden Gleichstromladekontakten gefordert . Hierzu wird ein zur Temperaturmessung geeignetes Bauelement , meist ein NTC-Widerstand, möglichst nahe an die Wärmequelle , also den Ladekontakt , gebracht , um in Echtzeit eine Temperaturüberwachung zur Ladeoptimierung und Sicherheitsüberwachung zu ermöglichen . Bei einem NTC-Widerstand handelt es sich um einen Widerstand, der in elektronischen Bauteilen eingesetzt wird . Er wird auch als Thermistor oder Heißleiter bezeichnet . Das Kürzel „NTC" steht für „negative temperature coef ficient" und bezeichnet die Eigenschaft von Heißleitern, Strom mit steigender Temperatur besser zu leiten, da sie einen negativen Temperaturkoef fi zienten aufweisen .
Außerdem sind PTC-Widerstände bekannt . Ein PTC-Wider- stand, auch Kaltleiter oder PTC-Thermistor ( „positive temperature coef ficient" ) genannt , ist ebenfalls ein temperaturabhängiger Widerstand, der allerdings bei tie fen Temperaturen den elektrischen Strom besser leitet als bei hohen Temperaturen . Es existieren PTC-Widerstände , die eine annähernd lineare Kennlinie (Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur ) aufweisen . Es sind j edoch auch PTC-Widerstände bekannt , die s ich nichtlinear verhalten und bei denen im Bereich der Nennansprechtemperatur der Widerstand stark ansteigt . Solche PTC-Elemente können damit zur Verwirklichung einer Art „Sicherung" dienen, indem sie einem auslesenden System einen sich sprunghaft ändernden Wert zurückgeben, wenn die kritische Temperatur überschritten worden ist .
Eine Temperaturüberwachung kann auch bei Wechselstromladekontakten gefordert sein . Je nach Norm und Herstellerspezi fikation ist eine echte Temperaturmessung oder nur eine Detektion des Überschreitens eines Temperaturschwellwertes erforderlich . Dies kann entweder für al le Wechselstromladekontakte ( z . B . LI , L2 , L3 und N bei Steckverbinder gemäß der europäischen Norm IEC 62196 Typ 2 ) separat für j eden Wechselstromladekontakt oder gebündelt , also für alle Wechselstromladekontakte gemeinsam, erforderlich sein .
Die DE 10 2015 106 251 Al beschreibt eine Temperaturüber- wachungseinrichtung mit einem f lächig entlang einer Ebene erstrecktem Trägerelement mit mindestens einer Öf fnung . Das Trägerelement kann dazu als Leiterplatte ausgebildet sein . Die Kontaktelemente sind Bestandteile einer Kontaktbaugruppe , die als modulare Einheit an den Steckereinsatz angesetzt werden kann . Die Kontaktbaugruppe weist eine Temperaturüberwachungseinrichtung mit einem Trä- gerelement auf . Die Temperaturüberwachungseinrichtung dient dazu an zumindest solchen Kontaktelementen, die im Betrieb des Steckverbinderteils zum Übertragen von großen Strömen dienen, eine etwaige unzulässige Erwärmung zu de- tektieren . Für die notwendige Kontaktierung weist das Trägerelement an den Öf fnungen j eweils eine metal lische Beschichtung zur Bereitstellung einer Kontakt fläche in Form einer Durchkontaktierung auf .
Aus der WO 2021 / 004765 Al ist eine elektrische Baugruppe mit einer Temperaturüberwachungseinrichtung bekannt . Dazu ist ein Steckverbinderteil mit sowohl AC-Ladesti f ten als auch DC- Ladesti ften vorgesehen . Zur Überwachung der möglichen Erwärmung, insbesondere an den DC- Ladesti ften, weist das Steckverbinderteil eine elektrische Baugruppe auf . Diese Baugruppe besteht aus Kontaktelementen, die auf einem Trägerelement angeordnet und mit zugeordneten Lastleitungen elektrisch verbunden sind . Jedes Kontaktelement ist dazu in einer zugeordneten Aufnahmeöf fnung des Trägerelements auf genommen .
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, die Kommunikation zwischen einem Ladesteckverbinder für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und einer externen Einrichtung einfach und ef fi zient aus zugestalten .
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst . Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben . Erfindungsgemäß wird somit ein Ladesteckverbinder für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug bereitgestellt , mit einem Gehäuse , in dem Gehäuse angeordneten Ladekontakten zum Leiten von elektrischem Strom und einem Kommunikationsmodul zum Senden und/oder Empfangen eines seriellen Signals .
Der Grundgedanke der Erfindung liegt also darin, das s verschiedene Sensordaten über nur eine oder wenige Signalleitungen übertragen werden können, wenn ein Kommunikationsmodul zum Senden und/oder Empfangen eines seriellen Signals bereitgestellt wird . Der Informations fluss lässt sich auf diese Weise erheblich vergrößern, was zusätzlichen Diagnoseanforderungen und Performance- Ansprüchen zu Gute kommt .
Grundsätzlich sei zu dem erfindungsgemäßen Ladesteckverbinder angemerkt , dass dieser zum Stecken mit einem korrespondierenden Ladesteckverbinder vorgesehen ist . Das Kommunikationsmodul ist nun gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung derart ausgestaltet , dass es im gesteckten Zustand der Ladesteckverbinder eine Kommunikation zu und/oder von dem korrespondierenden Ladesteckverbinder erlaubt . Auf diese Weise ist über ein Ladekabel eine Kommunikation zwischen einer Ladestation und einem mit dem Ladekabel an die Ladestation angeschlossenen Elektro- oder Hybridfahrzeug möglich
Wenn vorliegend von einem korrespondierenden Ladesteckverbinder die Rede ist , dann ist damit einerseits ein Ladesteckverbinder gemeint , der das selbe Steckgesicht wie der erfindungsgemäße Ladesteckverbinder aufweist , wobei das eine Steckgesicht aber Kontaktsti fte aufweist , wenn das andere Steckgesicht Kontakthülsen aufweist , und umgekehrt . Das Set aus erfindungsgemäßem Ladesteckverbinder und korrespondierendem Ladesteckverbinder kann also zusammengesteckt werden . Andererseits wird vorliegend auch dann von einem korrespondieren Ladesteckverbinder gesprochen, wenn die Steckgesichter im zuvor genannten Sinne sich nur teilweise entsprechen, also der korrespondierende Ladesteckverbinder z . B . nicht alle Kontakte aufweist , die bei dem erfindungsgemäßen Ladesteckverbinder vorhanden sind, die vorhandenen Kontakte des korrespondieren Ladesteckverbinders aber vom Steckgesicht her dem erfindungsgemäßen Ladesteckverbinder entsprechen, so dass der erfindungsgemäße Ladesteckverbinder und der korrespondierende Ladesteckverbinder auch in diesem Fall zusammengesteckt werden können . Ein solcher Fall liegt z . B . vor bei einer an einem Ladekabel angeschlossenen Ladekupplung für ein Gleichstromladen nach der europäi schen Norm IEC 62196 Typ 2 . Eine solche Ladekupplung i st in einen in die Karosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs eingebauten und für ein Wechselstromladen sowie für ein Gleichstromladen geeigneten Ladeeinbaustecker einsteckbar, wobei im Wechselstromsteckgesicht bei der Gleichstromladenladekupplung nur die Kommunikationskontakte und der Schutzkontakt vorhanden sind, j edoch keine Kontakte für Außenleiter und einen Mittelleiter für ein Wechselstromladen .
Grundsätzlich kann das Kommunikationsmodul innerhalb des Gehäuses angeordnet sein . Das ist j edoch nicht zwingend erforderlich . Insofern kann das Kommunikationsmodul in- nerhalb oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein . Eine Anordnung des Kommunikationsmoduls außerhalb des Gehäuses kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn es sich bei dem Ladesteckverbinder um einen Ladeeinbaustecker handelt , der an die Karosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs angebaut ist . Dann steht nämlich innerhalb der Karosserie in der Regel genügend Raum zur Verfügung um das Kommunikationsmodul zu install ieren, ohne dass es andere Einrichtungen stört oder behindert .
Für die Ausgestaltung des Kommunikationsmoduls gibt es nun verschiedene Möglichkeiten . Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Kommunikationsmodul einen Multiplexer zum Multiplexen in oder an dem Ladesteckverbinder erfasster Signale . Konkret ist es in diesem Zusammenhang bevorzugt , das s an einer Mehrzahl der Ladekontakte j eweils ein Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des j eweiligen Ladekontakts angeordnet ist und die Temperatursensoren mit dem Multiplexer verbunden sind, so dass von den Temperatursensoren stammende Temperatursignale an den Multiplexer übertragbar und von diesem zu einem seriellen Datenstrom wandelbar sind . Eine Temperaturüberwachung der Gleichstromladekontakte eines Ladesteckverbinders für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug wird bereits vom Standard gefordert ( europäischen Norm IEC 62196 ) . Vorzugsweise ist es j edoch so , dass auch die Temperaturen der Gleichstromladekontakte überwacht werden sollen, und dabei vorzugsweise al le Wechselstromladekontakte . Vorliegend werden solche Kontakte als Gleichstromladekontakte bezeichnet , die ausschließlich für das Laden mit Gleichstrom vorgesehen sind . Bei solchen Gleichstromladekontakten kommt es beim Laden mit hohen Strömen in besonderem Maße zu einer Erwärmung . In Abgrenzung zu Gleichstromkontakten gibt es Wechselstromladekontakte . Damit sind die Außenleiter sowie der Neutralleiter (Mittelleiter ) gemeint , die j edenfalls auch für eine Laden mit Wechselstrom vorgesehen sind . Als Außenleiter (umgangssprachlich auch als Phase bezeichnet ) wird dabei ein Leiter bezeichnet , der im üblichen Betrieb unter Spannung steht und zur Übertragung oder Verteilung elektrischer Energie beitragen kann, aber kein Neutralleiter ist . Ein Neutralleiter ist ein Leiter, der mit dem Neutralpunkt elektrisch verbunden und in der Lage ist , zur Verteilung elektrischer Energie bei zutragen . In der europäischen Norm IEC 62196 werden die Kontakte , die vorliegend als Wechselstromladekontakte bezeichnet werden, mit LI , L2 und L3 (Außenleiter ) und mit N (Neutralleiter ) und die Gleichstromladekontakte mit DC+ und DC- bezeichnet . Diesem Verständnis soll nicht entgegenstehen, dass die europäische Norm IEC 62196 auch eine Betriebsart kennt , gemäß der über die Kontakte LI , L2 , L3 und N ein Gleichstromladen erfolgt .
Bei der Verwendung eines temperaturabhängigen Widerstands müsste für die Überwachung der Temperaturen der Wechselstromladkontakte für j eden Wechselstromkontakt j eweils eine eigene Signalleitung zu einer Auswerteeinheit geführt werden . Es kann alternativ eine Serienschaltung verwendet werden, z . B . aus PTC-Elementen . Eine solche Se- rienschaltung lässt j edoch keinen Rückschluss auf die individuelle Temperatur einzelner Wechselstromladekontakte zu . Der Einsatz eines Multiplexers ermöglicht es nun, Signale zu bündeln und über eine einzige Signal leitung seriell zu senden . Der Multiplexer kann dabei entweder über Steuerleitungen gesteuert werden, so dass ein j eweiliger Kanal ausgewählt wird, oder es wird ein periodischer Wechsel der Kanäle über einen Taktgeber getriggert und mit der Auswerteeinheit synchronisiert . Insofern ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass an den Multiplexer wenigstens eine Steuerleitung angeschlossen ist , um die zeitliche Abfolge der von den Temperatursensoren stammenden Temperatursignale im seriellen Datenstrom zu steuern . Alternativ ist es möglich, dass die von den Temperatursensoren stammenden Temperatursignale im seriellen Datenstrom periodisch aufeinander folgen .
Durch den Einsatz des Multiplexers lassen sich also viele Signalleitungen zu einer einzigen bündeln . Je nach Anzahl der Eingänge muss ein entsprechender Multiplexer gewählt werden (vier Eingänge auf einen Ausgang - 4 : 1 , acht Eingänge auf einen Ausgang - 8 : 1 , . . . ) . Mit der Anzahl der Eingänge erhöht sich auch die Anzahl der Steuerleitungen . So benötigt ein 4 : 1-Multiplexer zwei Steuerleitungen, ein 8 : 1-Multiplexer bereits drei . Ein Vorteil der externen Steuerung des Multiplexers ist es , dass nur die Leitungen abgefragt werden können, die gerade von Interesse für die Auswerteeinheit sind . Sollte also nur ein Wechselstromladevorgang stattfinden, können die Gleichstromtemperatursensoren ignoriert werden und es kann dafür mehr Zeit für die Wechselstromtemperatursensoren aufgewandt werden . Wie gesagt , kann alternativ eine periodische Abfrage aller Eingangssignale erfolgen und der Takt des Multiplexers dann mit der Auswerteeinheit synchronisiert werden . Dies reduziert die Anzahl der Steuerleitungen auf eine für den Taktgeber, führt aber auch zu einer Verringerung der Flexibilität , da nun j ede Eingangsleitung gleich oft und gleich lange auf den Ausgang gemappt wird .
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann das Kommunikationsmodul zusätzlich oder alternativ zum Empfang digitaler Signale eingerichtet ist . In diesem Zusammenhang ist es ganz besonders bevorzugt , dass das Kommunikationsmodul für eine bidirektionale Kommunikation serieller Signale eingerichtet ist . Auf diese Weise können von dem Ladesteckverbinder nicht nur Signale gesendet sondern auch empfangen werden, z . B . um eine Einrichtung des Ladesteckverbinders anzusteuern . Insofern ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Ladesteckverbinder zusätzlich mit einem Aktor und einer Steuereinrichtung zum Ansteuern des Aktors versehen ist , wobei das Kommunikationsmodul mit der Steuereinrichtung zum Übertragen eines von dem Kommunikationsmodul empfangenen Steuersignals verbunden ist .
Ganz besonders bevorzugt ist der Ladesteckverbinder ein Ladeeinbaustecker zur Anbringung an der Karosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs . Außerdem betri f ft die Erfindung auch die Verwendung eines zuvor beschriebenen Ladesteckverbinders an der Karosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs .
Schließlich betri f ft die Erfindung auch noch ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Ladesteckverbinder für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und einer von dem Ladesteckverbinder verschiedenen Einrichtung, wobei die Kommunikation mittels eines seriellen Signals erfolgt . Dabei ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Ladesteckverbinder ein mittels eines Multiplexers gewandeltes Signal ausgibt . Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Ladsteckverbinder ein digitales Signal sendet und/oder empfängt . Weiter Ausgestaltungen, Funktionen und Vorteile dieses Verfahrens ergeben sich in Analogie zu dem zuvor beschriebenen Ladesteckverbinder .
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Aus führungsbeispiele weiter im Detail erläutert .
In den Zeichnungen zeigen
Fig . 1 einen Ladesteckverbinder in einer perspektivischen Ansicht gemäß einem bevorzugten Aus führungsbeispiel der Erfindung,
Fig . 2 ein zu dem Ladesteckverbinder aus Fig . 1 korrespondierenden Ladesteckverbinder in einer perspektivischen Ansicht , Fig . 3 schematisch einen Ladesteckverbinder gemäß einem bevorzugten Aus führungsbeispiel der Erf indung mit einem Multiplexer und
Fig . 4 schematisch einen Ladesteckverbinder gemäß einem bevorzugten Aus führungsbeispiel der Erf indung mit einem Digitalteil zum Empfangen digitaler Steuerdaten .
Aus Fig . 1 ist ein Ladesteckverbinder 1 gemäß einem bevorzugten Aus führungsbeispiel der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht ersichtlich . Der Ladesteckverbinder 1 weist ein Gehäuse 2 und in dem Gehäuse 2 angeordnete Ladekontakte 3 auf . Dabei handelt es sich einerseits um Wechselstromladekontakte 8 für ein Wechselstromladen und andererseits um Gleichstromladekontakte 9 für ein Gleichstromladen . Der in Fig . 1 dargestellte Ladesteckverbinder 1 ist ein Ladeeinbaustecker zum Einbau in die Karosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs .
Der Ladesteckverbinder 1 ist mit einem korrespondierenden Ladesteckverbinder 12 koppelbar, der in Fig . 2 dargestellt ist . Dabei handelt es sich um eine Ladekupplung, die an einem Ladekabel befestigbar ist und mit dem Ladeeinbaustecker zusammengesteckt werden kann . Die hier exemplarisch gezeigte Ladekupplung ist eine solche für ein Gleichstromladen und weist daher korrespondierende Gleichstromladekontakte 13 , einen Schutzkontakt 14 und Signalkontakte 15 auf . Sowohl der hier gezeigte Ladeeinbaustecker als auch die hier gezeigte Kupplung entspre- chen von ihrem Steckgesicht her der der europäischen Norm IEC 62196 .
Maßgeblich ist nun, dass der Ladeeinbaustecker 1 gemäß einem bevorzugten Aus führungsbeispiel der Erfindung z . B . so ausgestaltet ist , wie schematisch in Fig . 3 dargestellt :
Der Ladeinbaustecker ist nämlich mit einem Kommunikationsmodul 4 zum Senden eines seriellen Signals ausgestattet . Dazu weist das Kommunikationsmodul 4 einen Multiplexer 5 zum Multiplexen in dem Ladesteckverbinder 1 erfasster Signale auf . Konkret ist es hier so , dass sowohl die Gleichstromladekontakte 9 als auch die Wechselstromladekontakte 8 j eweils mit einem Temperatursensor 6 versehen sind . Die Temperatursensoren 6 sind vorliegend NTC- Elemente .
Mit diesen Temperatursensoren 6 kann individuell an eden Gleichstromladekontakt 9 bzw . an j edem Wechselstromladekontakt 8 die j eweilige Temperatur bestimmt werden . Die Temperatursensoren 6 sind nun mit dem Multiplexer 5 derart verbunden, dass die von den Temperatursensoren 6 stammenden Temperatursignale an den Multiplexer 5 übertragen werden, so dass sie dann von diesem zu einem seriellen Datenstrom umgewandelt werden können . Dieser serielle Datenstrom wird dann über die Signalleitungen 7 zu einer nicht weiter dargestellten Auswerteeinheit geführt , die von dem Ladesteckverbinder 1 separat ausgeführt ist . Grundsätzlich könnten an den Multiplexer 5 Steuerleitungen angeschlossen sein, um die zeitliche Abfolge der von den Temperatursensoren 6 stammenden Temperatursignale im seriellen Datenstrom zu steuern . Mit Hil fe solcher Steuerleitungen könnte also bestimmt werden, die Daten welchen Temperatursensors 6 gerade von Interesse sind und daher der Auswerteeinheit zugeführt werden sollen . Vorliegend ist es j edoch so , dass die von den Temperatursensoren 6 stammenden Temperaturs ignale im seriellen Datenstrom periodisch aufeinander folgen . Es könnte z . B . eine Reihenfolge der Temperaturs ignale vorgesehen sein, bei der auf die Temperatursignale für die beiden Gleichstromladekontakte 9 die Temperatursignale für die vier Wechselstromladekontakte 8 folgen usw . , also mit der Nomenklatur aus der europäischen Norm IEC 62196 die Reihenfolge "DC+ , DC- , LI , L2 , L3 , N, DC+ , . . . " .
Fig . 4 zeigt nun schematisch einen Ladesteckverbinder 1 gemäß einem anderen bevorzugten Aus führungsbeispiel der Erfindung mit einem in dem Kommunikationsmodul 4 angeordneten Digitalteil 16 zum Empfangen digitaler Steuerdaten . Hier ist es also so , dass von außerhalb des Ladesteckverbinders 1 her über die Signalleitungen 7 Steuerdaten empfangen werden, um für eine Komponente des Ladesteckverbinders 1 eine Steuerung zu initiieren . Der Ladesteckverbinder 1 weist vorliegend nämlich eine Verriegelungsklappe 17 auf , mit der die Öf fnung, innerhalb derer die Wechselstromladekontakte 8 und die Gleichstromladekontakte 9 angeordnet sind, nach außen hin abgeschlossen und verriegelt werden kann . Für das Öf fnen und Schließen dieser Verriegelungsklappe 17 ist ein Aktuator 10 vorgesehen, hier in Form eines Elektromotors . Der Aktuator 10 ist mit einer Steuereinrichtung 11 verbunden, mittels derer der Aktuator 10 derart angesteuert werden kann, dass die Verriegelungsklappe 17 öffnet bzw . schließt . Entsprechende Signale , die ein Öf fnen bzw . Schließen der Verriegelungsklappe 17 vorgeben, werden der Steuereinrichtung 11 von außerhalb des Ladesteckverbinders zugeführt , nämlich über die Signalleitungen 7 und das das Digitalteil 16 aufweisende Kommunikationsmodul 4 . Dabei ist noch zu bemerken, dass das Kommunikationsmodul 4 vorliegend für eine bidirektionale Kommunikation serieller Signale eingerichtet ist , so dass es nicht nur Signale empfangen kann, die vorgeben, ob die Verriegelungsklappe 17 geschlossen oder geöf fnet werden soll . Vielmehr ist es hier auch möglich, dass die Steuereinrichtung solche Daten an das Digitalteil 16 des Kommunikationsmodul 4 überträgt , die angeben, wie die Stellung der Verriegelungsklappe 17 gerade ist , also geöf fnet oder geschlossen, so dass diese Information in Form digitaler Daten über die S ignalleitungen 7 ausgegeben werden kann .
Bezugs zeichenliste
1 Ladesteckverbinder
2 Gehäuse
3 Ladekontakte
4 Kommunikationsmodul
5 Multiplexer
6 Temperatursensoren
7 Signalleitungen
8 Wechselstromladekontakte
9 Gleichstromladekontakte
10 Aktor
11 Steuereinrichtung
12 korrespondierender Ladesteckverbinder
13 korrespondierende Gleichstromladekontakte
14 Schutzkontakt
15 Signalkontakte
16 Digitalteil
17 Verriegelungsklappe

Claims

Patentansprüche
1. Ladesteckverbinder (1) für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einem Gehäuse (2) , in dem Gehäuse (2) angeordneten Ladekontakten (3) zum Leiten von elektrischem Strom und einem Kommunikationsmodul (4) zum Senden und/oder Empfangen eines seriellen Signals.
2. Ladesteckverbinder (1) nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationsmodul (4) einen Multiplexer (5) zum Multi- plexen in oder an dem Ladesteckverbinder (1) erfasster Signale umfasst.
3. Ladesteckverbinder (1) nach Anspruch 2, wobei an einer Mehrzahl der Ladekontakte (3) jeweils ein Temperatursensor (6) zum Erfassen der Temperatur des jeweiligen Ladekontakts (3) angeordnet ist und die Temperatursensoren (6) mit dem Multiplexer (5) verbunden sind, so dass von den Temperatursensoren (6) stammende Temperatursignale an den Multiplexer (5) übertragbar und von diesem zu einem seriellen Datenstrom wandelbar sind.
4. Ladesteckverbinder (1) nach Anspruch 3, wobei die mit jeweils einem Temperatursensor (6) ausgestatteten Ladekontakte (3) Wechselstromladekontakte (8) umfassen.
5. Ladesteckverbinder (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kommunikationsmodul (4) ein Digitalteil (16) zum Empfang digitaler Signale aufweist.
6. Ladesteckverbinder (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kommunikationsmodul (4) für eine bidirektionale Kommunikation serieller Signale eingerichtet ist.
7. Ladesteckverbinder (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Aktor (10) und einer Steuereinrichtung (11) zum Ansteuern des Aktors (10) , wobei das Kommunikationsmodul (4) mit der Steuereinrichtung (11) zum Übertragen eines von dem Kommunikationsmodul (4) empfangenen Steuersignals verbunden ist.
8. Ladesteckverbinder (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Ladesteckverbinder ein Ladeeinbaustecker zur Anbringung an der Karosserie eines Elektrooder Hybridfahrzeugs ist.
9. Verwendung eines Ladesteckverbinders (1) nach einem der vorherigen Ansprüche an der Karosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.
10. Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Ladesteckverbinder (1) für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und einer von dem Ladesteckverbinder (1) verschiedenen Einrichtung, wobei die Kommunikation mittels eines seriellen Signals erfolgt.
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