WO2024099750A1 - Leitungsgarnitur und verfahren zum elektrischen laden eines elektrischen verbrauchers an einer ladeeinrichtung - Google Patents

Leitungsgarnitur und verfahren zum elektrischen laden eines elektrischen verbrauchers an einer ladeeinrichtung Download PDF

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WO2024099750A1
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charging device
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communication
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Thomas Fischer
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Phoenix Contact E-Mobility Gmbh
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    • B60L53/66—Data transfer between charging stations and vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a cable fitting and a method for electrically charging a consumer at a charging device by means of a corresponding cable fitting.
  • Such cable fittings are required as an electrical connection between a charging device and a consumer.
  • the electrical consumer has a storage device for electrical energy, which can be charged with electrical energy.
  • An example of this could be an electric vehicle as a consumer and a charging station as a charging device.
  • the vehicle has at least one battery for storing electrical energy, which can be supplied with electrical energy via the charging device.
  • a cable set is required to connect the charging device to the consumer. This is placed between the consumer and the charging device and thus connects the charging device to the consumer.
  • the cable set is detachably attached to the consumer and the charging device.
  • Such a cable set not only contains cables for transmitting electrical energy from the charging device to the consumer, but also additional signal lines are provided by means of which status signals and/or communications in uni- and/or bidirectional direction between the consumer and the charging device are enabled.
  • Cable sets with connecting plugs according to DIN EN 61851-1 or DIN EN 62196 are known for this purpose.
  • Two pilot conductors are provided as signal lines and a protective conductor, which are designated CP (control pilot), PP (proximity pilot) and PE (protective earth).
  • a cable set with charging plugs is known from DE 102017 125 108 A1, which has the aforementioned cable structure. Communication between the consumer and the charging device is realized via the CP pilot line.
  • the PP pilot line is used to limit the charging current.
  • the PP pilot line in cable sets is used exclusively for proximity detection and/or coding the current carrying capacity of the charging set.
  • the resistance value between the PP pilot line and the PE line is evaluated by the charging device or the charging electronics of a consumer.
  • the current carrying capacity can then be derived from this resistance value in accordance with the DIN EN 61851-1 standard.
  • the object of the present invention is therefore to disclose a possibility for communication between a cable fitting and a charging device and/or a consumer.
  • the previously known and standardized functions of a corresponding cable fitting or a charging process of a consumer should not be restricted in this case.
  • a cable fitting is proposed which is designed to create an electrically conductive connection between a circuit of a charging device and a circuit of a consumer. Once the connection has been made, the consumer can be supplied with electrical energy which is provided by the charging device.
  • the cable set is designed with several power conductors that can transport the electrical energy.
  • the number of power conductors can vary depending on the application area of the cable set. Application areas can include, for example, the transport of direct voltage and current or the transport of alternating voltage and current, either single-phase or three-phase.
  • the cable assembly is also designed with several pilot conductors, which are used for communication and/or signaling. These pilot conductors include a "control pilot” (CP) and a “proximity pilot” (PP). Finally, the cable assembly also includes a protective earth conductor (PE). A corresponding cable set is also equipped with two connecting elements, e.g. connecting plugs. Using these connecting elements, a detachable connection can be made between the cable set and the charging device and the consumer.
  • CP control pilot
  • PP proximity pilot
  • PE protective earth conductor
  • the pilot conductor CP is known to be used for communication between a consumer and a charging device.
  • the pilot conductor CP is looped through in the cable fitting.
  • Such communication is disclosed, for example, in EP 2 443 001 B1.
  • the pilot conductor PP is known to be used to detect a maximum possible charging current.
  • a characteristic resistance is used between the pilot conductor PP and the protective conductor PE, which can be evaluated by the charging device and/or the consumer and thus the maximum charging current is specified.
  • This maximum possible charging current can be determined by the consumer and/or the cable fittings.
  • pilot conductor PP not only for charging current detection, but also to enable the cable assembly to communicate with the charging device and/or the consumer.
  • the invention proposes integrating at least one communication receiver into the cable fitting.
  • the communication receiver is electrically connected to the pilot conductor PP and the protective conductor PE.
  • the communication receiver can now receive and send electrical signals via the pilot conductor PP, thus creating a possibility to transmit data to the charging device and/or the consumer via the pilot conductor PP.
  • the communication receiver can be equipped with a memory in which data can be stored.
  • the communication receiver can also have a processor that can manage this data in the memory.
  • the communication receiver can therefore be designed as a microcontroller.
  • At least two communication receivers are integrated in the cable fitting in order to be able to communicate separately with the consumer and the charging device.
  • a common storage which is used by both communication receivers, can be integrated into the cable set or separate memories so that each communication receiver contains its own memory.
  • a coding resistor is preferably proposed between the pilot conductor PP and the protective conductor PE, which provides a resistance value for determining the maximum permissible charging current.
  • the resistance value of the coding resistor is then a characteristic value for determining the maximum permissible charging current for the cable set that can flow through the power conductors.
  • two coding resistors are integrated in the cable fitting, namely a coding resistor which provides a resistance value on the charging device side for determining the maximum permissible charging current of the cable fitting and a coding resistor which provides a resistance value on the consumer side for determining the maximum permissible charging current of the cable fitting.
  • the charging device and/or the consumer each contain a circuit that is used to apply a voltage level to the pilot conductor PP.
  • the circuits also contain at least one communication element that can measure the resistance value of the coding resistor, e.g. via a voltage drop at the respective coding resistor.
  • the communication element is also connected to the pilot conductor PP and the protective conductor PE.
  • the communication element can preferably send a request to the corresponding communication receiver in the line fitting.
  • a communication receiver according to the invention is initially inactive and remains in a rest state. However, if the communication receiver receives a corresponding request (e.g. from a communication element), the communication according to the invention begins via the pilot conductor PP.
  • Such communication is preferably carried out as a pulse width modulated signal or serial signal.
  • the voltage level applied to the pilot conductor PP is changed in a temporal sequence so that a temporal A signal sequence of different voltage potentials is generated by the communication receiver on the pilot conductor PP.
  • the communication receiver uses this signal on the pilot conductor PP, the communication receiver then sends information which can be received and evaluated by a communication element. While receiving such information, the communication element will avoid evaluating the coding resistor.
  • Information sent by the communication receiver can contain specific data about the cable fitting.
  • the information can therefore include manufacturer details, production date, completed mating cycles and/or contact resistances on the connectors. This data is then either entered directly into the memory of the communication receiver by the manufacturer or is entered by the communication receiver (such as completed mating cycles).
  • a communication receiver is supplied with electrical energy via the voltage level on the pilot conductor PP.
  • the communication receiver's supply energy is provided via a voltage transformer in the cable fitting using the power conductors or the voltage level on the pilot conductor CP.
  • Such a supply of electrical energy can be provided on the charging device side, on the consumer side, or in a combination thereof.
  • a corresponding request to initiate the aforementioned communication is preferably carried out by briefly adjusting the voltage level of the pilot conductor PP to the voltage level on the protective conductor PE. Such a potential change can be initiated by one of the communication elements.
  • a corresponding method according to the invention for electrically charging a consumer is carried out in such a way that firstly, circuits of a charging device and a consumer are electrically connected by means of an aforementioned cable set via their connecting elements, such as connecting plugs. At least one communication element is integrated in one of the circuits, whereby both circuits can each have at least one communication element.
  • At least one of the circuits provides a pilot line PP and a protective conductor PE, whereby both circuits also provide these lines At least one of the circuits supplies the pilot line PP with a supply voltage relative to the protective conductor PE.
  • a communication element can then briefly adjust the supply voltage on the pilot conductor PP to the voltage level on the protective conductor PE as a request for communication to a communication receiver.
  • a correspondingly requested communication receiver then begins to send information to the communication element. Such sending of information is then implemented as a chronologically sequential signal on the pilot line PP by the communication receiver, as described above.
  • the communication receiver When the supply voltage is applied to the pilot conductor PP when connecting the cable fittings, the communication receiver is preferably supplied with electrical energy. This then remains in a rest state until a request is received.
  • the supply voltage is applied to the pilot line PP by means of at least one signal resistor and is transferred to the cable assembly after being connected to it.
  • the communication element After connecting the cable assembly to the charging device and/or the consumer, the communication element preferably first measures the voltage drop across a coding resistor in the cable assembly between the pilot conductor PP and the protective conductor PE. This voltage drop is used to determine the maximum permissible charging current that can flow through the cable assembly.
  • a request is then sent to the communication receiver to obtain information about the cable fitting.
  • the charging device and the consumer can each be equipped with a communication element and the cable set used with two communication receivers, which are arranged in the cable set on the charging device side and the consumer side. This creates a communication option on the charging device side and the consumer side.
  • Figure 1 Electrical circuit diagram of a cable fitting according to the invention for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a cable fitting according to the invention and the application of the method according to the invention.
  • a charging station with a corresponding circuit 10 is shown as well as a consumer with a corresponding circuit 40.
  • the consumer is preferably a vehicle.
  • Both circuits 10, 40 are detachably connected via a cable fitting 30. This is done, for example, by means of a connecting plug.
  • the circuit 10 of the charging device shown contains a supply voltage 12, which is applied to the pilot conductor PP 20 via a signal resistor 13.
  • the circuit 10 also contains a communication element 11, which is designed as a processor with memory or as a microcontroller. This communication element 11 is connected to the pilot conductor PP 20 and the protective conductor PE 21 and is supplied with electrical energy via these.
  • the protective conductor PE 21 is connected to a ground potential 14.
  • the circuit 40 of the consumer shown contains a supply voltage 42, which is applied to the pilot conductor PP 22 via a signal resistor 43.
  • the circuit 40 also contains a communication element 41, which is designed as a processor with memory or as a microcontroller. This communication element 41 is connected to the pilot conductor PP 22 and the protective conductor PE 21 and is supplied with electrical energy via these.
  • the protective conductor PE 21 can be connected to the ground potential 14 or to the housing in the case of a vehicle 44.
  • the housing 44 is preferably connected to the protective conductor PE 21, which is connected to the ground potential 14 on the charging device side, via the cable assembly 30.
  • the charging device is now connected to the consumer by means of a cable assembly 30, so that both circuits 10, 40 are electrically connected to one another via the cable assembly 30.
  • the cable assembly 30 contains power conductors, at least one pilot conductor PP 20, 22 and a protective conductor PE 21.
  • the protective conductor PE 21 is looped through by means of the cable fitting and thus connects the protective conductor PE of both circuits 10, 40 without interruption.
  • the cable assembly 31 also contains communication receivers 31, 33, which are connected to the pilot conductors 20, 22 and the protective conductor 21.
  • the communication receivers are thus supplied with electrical energy via the supply voltage 12, 42 on the pilot conductors 20, 22.
  • the cable assembly 30 contains a charging device-side communication receiver 31 and a consumer-side communication receiver 33.
  • the cable fitting 30 contains at least one coding resistor 32, 34; in the present example, two coding resistors 32, 34 are shown, namely a charging device-side coding resistor 31 and a consumer-side coding resistor 33.
  • At least one communication element 11, 41 After connecting the cable fitting 30 to the circuits 10, 40, at least one communication element 11, 41 first determines the voltage drop across the respective coding resistor 32, 34 and thereby determines its resistance value.
  • the current carrying capacity of the cable fitting is determined from the resistance value, preferably by the respective communication element 11, 41.
  • the corresponding communication receiver 31, 33 remains in the idle state during this period and leaves the voltage potential on the pilot conductor PP 20, 22 unchanged.
  • a preferably serial data transmission is initiated by a communication element 11, 41 briefly adjusting the voltage potential of the pilot conductor PP 20 to the voltage potential of the protective conductor PE 21. This corresponds to a request to the respective communication receiver 31, 33, which then begins sending information. Such information is coded according to a protocol used. The coded information is then sent as a pulse width modulated signal on the pilot conductor PP 20, 22 by the respective communication receiver 31, 33.
  • An example component for a communication receiver 31 , 33 is the DS28E30 from Analog Devices. If no cable fitting 30 according to the invention (without the possibility of serial communication on the pilot conductors PP 20, 22) is connected to the circuit of the charging device 10 or the circuit of a consumer 40, the current carrying capacity is first determined as described above.
  • a cable fitting 30 according to the invention is connected to a charging device or the charging electronics of a consumer which does not support serial communication via the pilot conductor PP 20, 22, the communication receiver in the cable fitting 30 will remain in the idle state since there is no request for communication from the communication element. This also does not affect the charging process.
  • pilot conductor CP it is important with the conductor fitting 30 and the method for this that the pilot conductor CP, if present, is not impaired in its function. Accordingly, the pilot conductor CP was not shown in the above-mentioned embodiment. However, as is known from the prior art, it is provided in the cable fitting, but is not required by the method according to the invention.
  • the present invention is not limited to the aforementioned features; other designs are also conceivable.
  • the cable set could be equipped with 2, 3 or 4 power conductors, depending on whether a DC or AC (single or three-phase) charging device is used.
  • the connecting element could also be designed as a type 1, 2 or 3 connecting plug in accordance with DIN EN 62196. LIST OF REFERENCE SYMBOLS

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Abstract

Leitungsgarnitur, mit mindestens einem Pilotleiter PP und einem Schutzleiter PE. Der Pilotleiter PP wird mit dem Schutzleiter PE zur Bestimmung des maximal möglichen Ladestroms ausgebildet. Weiterhin sind zwei Verbindungselemente vorgesehen, welche zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einem Stromkreis einer Ladeeinrichtung und einem Stromkreis eines Verbrauchers mittels der Leitungsgarnitur ausgebildet sind. Mindestens ein Kommunikationsempfänger ist nun in der Leitungsgarnitur integriert, welcher über den Pilotleiter PP elektrisch kommunizieren kann.

Description

LEITUNGSGARNITUR UND VERFAHREN ZUM ELEKTRISCHEN LADEN EINES ELEKTRISCHEN VERBRAUCHERS AN EINER LADEEINRICHTUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitungsgarnitur sowie ein Verfahren zum elektrischen Laden eines Verbrauchers an einer Ladeeinrichtung mittels einer entsprechenden Leitungsgarnitur.
Solche Leitungsgarnituren werden als elektrische Verbindung zwischen einer Ladeeinrichtung und einem Verbraucher benötigt. Der elektrische Verbraucher weist dazu einen Speicher für elektrische Energie auf, welcher mit elektrischer Energie geladen werden kann. Als Beispiel kann hier ein elektrisches Fahrzeug als Verbraucher und eine Ladesäule als Ladeeinrichtung genannt werden. Das Fahrzeug weist dabei mindestens einen Akku für die Speicherung elektrischer Energie auf, welcher über die Ladeeinrichtung mit elektrischer Energie versorgt werden kann.
Zur Verbindung der Ladeeinrichtung mit dem Verbraucher wird eine Leitungsgarnitur benötigt. Diese wird zwischen den Verbraucher und der Ladeeinrichtung angeordnet und verbindet somit die Ladeeinrichtung mit dem Verbraucher. Die Leitungsgarnitur wird dabei lösbar an Verbraucher und Ladeeinrichtung befestigt.
Eine solche Leitungsgarnitur beinhaltet dazu nicht nur Leitungen zur Übertragung der elektrischen Energie von der Ladeeinrichtung zum Verbraucher, sondern es sind auch weitere Signalleitungen vorgesehen, mittels welcher Statussignale und/oder Kommunikationen in uni- und/oder bidirektionaler Richtung zwischen Verbraucher und Ladeeinrichtung ermöglicht werden.
Bekannt sind hierzu Leitungsgarnituren mit Verbindungssteckern nach DIN EN 61851- 1 bzw. DIN EN 62196. Dabei sind zwei Pilotleiter als Signalleitungen vorgesehen sowie ein Schutzleiter, welche mit CP (control pilot), PP (proximity pilot) und PE (protective earth) bezeichnet werden.
Dazu ist bspw. aus der DE 102017 125 108 A1 eine Leitungsgarnitur mit Ladesteckern bekannt, welche den vorgenannten Leitungsaufbau aufweist. Über die CP Pilotleitung wird dabei eine Kommunikation zwischen Verbraucher und Ladeeinrichtung realisiert. Über die PP Pilotleitung wird eine Ladestrombegrenzung erzielt. Gemäß dem bekannten Stand der Technik sowie den vorgenannten Normen dient die PP-Pilotleitung in Leitungsgarnituren ausschließlich der Annäherungserkennung und/oder der Kodierung der Strombelastbarkeit der Ladegarnitur. Der Widerstandswert zwischen der PP- Pilotleitung und der PE-Leitung wird durch die Ladeeinrichtung oder die Ladeelektronik eines Verbrauchers ausgewertet. Die Strombelastbarkeit kann dann entsprechend der Norm DIN EN 61851-1 aus diesem Widerstandswert abgeleitet werden.
Zur Optimierung eines Ladevorgangs eines Verbrauchers kann es nützlich sein, weitere Informationen zwischen der Ladeeinrichtung oder der Ladeelektronik eines Verbrauchers und der Leitungsgarnitur auszutauschen. Angaben zu Hersteller, Fertigungsdatum, absolvierte Steckzyklen, Übergangswiderstände, etc. der Leitungsgarnitur können der besseren Abstimmung des Ladevorgangs dienen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Möglichkeit zur Kommunikation einer Leitungsgarnitur mit einer Ladeeinrichtung und/oder einem Verbraucher zu offenbaren. Die bisherigen bekannten und normierten Funktionen einer entsprechenden Leitungsgarnitur bzw. eines Ladevorgangs eines Verbrauchers sollen dabei nicht eingeschränkt werden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dieser Erfindung gelöst.
Dazu wird eine Leitungsgarnitur vorgeschlagen, welche zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einem Stromkreis einer Ladeeinrichtung und einem Stromkreis eines Verbrauchers ausgebildet ist. Der Verbraucher kann nach erfolgter Verbindung mit elektrischer Energie beaufschlagt werden, welche von der Ladeeinrichtung bereitgestellt wird.
Dazu ist die Leitungsgarnitur mit mehreren Leistungsleitern ausgeführt, welche die elektrische Energie transportieren können. Die Anzahl der Leistungsleiter kann dabei variieren, je nach Anwendungsgebiet der Leitungsgarnitur. Anwendungsgebiete können dabei bspw. das Transportieren von Gleichspannung und -ström oder das Transportieren von Wechselspannung und -ström, entweder ein- oder dreiphasig, sein.
Weiterhin ist die Leitungsgarnitur mit mehreren Pilotleitern ausgeführt, welche zur Kommunikation und/oder Signalisierung ausgeführt sind. Diese Pilotleiter beinhalten einen „control pilot“ (CP) und einen „proximity pilot“ (PP). Zuletzt beinhaltet die Leitungsgarnitur noch einen Schutzleiter „protective earth“ (PE). Eine entsprechende Leitungsgarnitur ist weiterhin mit zwei Verbindungselementen ausgestattet, bspw. Verbindungssteckern. Mittels diesen Verbindungselementen kann eine lösbare Verbindung der Leitungsgarnitur mit der Ladeeinrichtung und dem Verbraucher hergestellt werden.
Der Pilotleiter CP wird bekannterweise zur Kommunikation eines Verbrauchers mit einer Ladeeinrichtung verwendet. Dafür ist der Pilotleiter CP in der Leitungsgarnitur durchgeschleift. Eine entsprechende Kommunikation wird bspw. in der EP 2 443 001 B1 offenbart.
Der Pilotleiter PP wird bekannterweise zur Erkennung eines maximal möglichen Ladestroms genutzt. Dafür wird zwischen Pilotleiter PP und dem Schutzleiter PE ein kennzeichnender Widerstand genutzt, welcher durch die Ladeeinrichtung und/oder dem Verbraucher ausgewertet werden kann und somit der maximale Ladestrom vorgegeben wird. Dieser maximal mögliche Ladestrom kann sich durch den Verbraucher und/oder der Leitungsgarnitur bestimmen.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, den Pilotleiter PP nicht nur zur Ladestromerkennung zu nutzen, sondern um eine Kommunikationsmöglichkeit der Leitungsgarnitur mit der Ladeeinrichtung und/oder dem Verbraucher zu ermöglichen.
Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, mindestens einen Kommunikationsempfänger in die Leitungsgarnitur zu integrieren. Der Kommunikationsempfänger ist dabei mit dem Pilotleiter PP sowie dem Schutzleiter PE elektrisch verbunden.
Der Kommunikationsempfänger kann nun über den Pilotleiter PP elektrische Signale empfangen und aussenden und schafft damit eine Möglichkeit, Daten über den Pilotleiter PP an die Ladeeinrichtung und/oder dem Verbraucher zu übermitteln.
Der Kommunikationsempfänger kann hierzu mit einem Speicher ausgestattet sein, in welchem Daten gespeichert werden können. Ebenfalls kann der Kommunikationsempfänger über einen Prozessor verfügen, welche diese Daten im Speicher verwalten kann. Somit kann der Kommunikationsempfänger als Mikrocontroller ausgeführt sein.
Bevorzugt sind mindestens zwei Kommunikationsempfänger in der Leitungsgarnitur integriert, um dediziert mit dem Verbraucher und der Ladeeinrichtung getrennt voneinander kommunizieren zu können. Es kann dann ein gemeinsamer Speicher, welcher von beiden Kommunikationsempfängern genutzt wird, in die Leitungsgarnitur integriert werden oder getrennte Speicher, so dass jeder Kommunikationsempfänger seinen eigenen Speicher beinhaltet.
Um die bisherige Funktion des Pilotleiters PP nicht zu beeinträchtigen, wird bevorzugt zwischen dem Pilotleiter PP und dem Schutzleiter PE ein Kodierwiderstand vorgeschlagen, welcher einen Widerstandswert zur Bestimmung des maximal zulässigen Ladestroms bereitstellt. Der Widerstandswert des Kodierwiderstands ist dann ein Kennwert zur Bestimmung des maximal für die Leitungsgarnitur zulässigen Ladestroms, welcher über die Leistungsleiter fließen darf.
Besonders bevorzugt sind zwei Kodierwiderstände in der Leitungsgarnitur integriert, nämlich ein Kodierwiderstand, welcher ladeeinrichtungsseitig einen Widerstandswert zur Bestimmung des maximal zulässigen Ladestroms der Leitungsgarnitur bereitstellt und ein Kodierwiderstand, welcher verbraucherseitig einen Widerstandswert zur Bestimmung des maximal zulässigen Ladestroms der Leitungsgarnitur bereitstellt. Dadurch ist es möglich, den maximal zulässigen Ladestrom mittels des Pilotleiters PP beidseitig am der Leitungsgarnitur zu bestimmen.
Die Ladeeinrichtung und/oder der Verbraucher beinhalten jeweils einen Stromkreis, welcher dazu genutzt wird, den Pilotleiter PP mit einem Spannungspegel zu beaufschlagen. Weiterhin beinhalten die Stromkreise mindestens ein Kommunikationselement, welches den Widerstandswert des Kodierwiderstands messen kann, bspw. über einen Spannungsabfall am jeweiligen Kodierwiderstand. Das Kommunikationselement ist dazu ebenfalls mit dem Pilotleiter PP sowie dem Schutzleiter PE verbunden.
Weiterhin kann das Kommunikationselement bevorzugt eine Anfrage an den entsprechenden Kommunikationsempfänger in der Leitungsgarnitur senden. Ein erfindungsgemäßer Kommunikationsempfänger ist zunächst untätig und verbleibt in einem Ruhezustand. Wenn der Kommunikationsempfänger jedoch eine entsprechende Anfrage erhält (bspw. durch ein Kommunikationselement), beginnt die erfindungsgemäße Kommunikation über den Pilotleiter PP.
Eine solche Kommunikation wird vorzugsweise als pulsweitenmoduliertes Signal bzw. serielles Signal ausgeführt. Dazu wird der Spannungspegel, welcher auf dem Pilotleiter PP aufgebracht ist, in zeitlicher Abfolge verändert, so dass eine zeitliche Signalfolge unterschiedlicher Spannungspotentiale durch den Kommunikationsempfänger auf dem Pilotleiter PP erzeugt wird. Mittels dieses Signals auf dem Pilotleiter PP sendet der Kommunikationsempfänger dann Informationen, welche von einem Kommunikationselement empfangen und ausgewertet werden kann. Während des Empfangs solcher Informationen wird das Kommunikationselement die Auswertung des Kodierwiderstands vermeiden.
Von dem Kommunikationsempfängern ausgesendete Informationen können spezifische Daten zur Leitungsgarnitur enthalten. Damit können die Informationen Herstellerangaben, Fertigungsdatum, absolvierte Steckzyklen und/oder Übergangswiderstände an den Steckverbindern beinhalten. Diese Daten sind dann entweder direkt in den Speicher der Kommunikationsempfänger durch den Hersteller eingebracht oder werden (wie bspw. absolvierte Steckzyklen) von dem Kommunikationsempfänger eingebracht.
Bevorzugt wird ein Kommunikationsempfänger über den Spannungspegel auf dem Pilotleiter PP mit elektrischer Energie versorgt. Es ist aber auch denkbar, dass über einen Spannungswandler in der Leitungsgarnitur die Versorgungsenergie des Kommunikationsempfängers mittels der Leistungsleiter oder dem Spannungspegel auf dem Pilotleiter CP geschieht. Eine solche Versorgung mit elektrischer Energie kann ladeeinrichtungsseitig, verbraucherseitig oder kombiniert geschehen.
Eine entsprechende Anfrage zur Initiierung der vorgenannten Kommunikation wird bevorzugt dadurch ausgeführt, dass der Spannungspegel des Pilotleiters PP kurzzeitig dem Spannungspegel auf dem Schutzleiter PE angeglichen wird. Eine solche Potentialänderung kann durch einen der Kommunikationselemente veranlasst werden.
Ein entsprechendes, erfindungsgemäßes Verfahren zum elektrischen Laden eines Verbrauchers wird dahingehend ausgeführt, dass zunächst Stromkreise einer Ladeeinrichtung und eines Verbrauchers mittels einer vorgenannten Leitungsgarnitur über deren Verbindungselemente, wie bspw. Verbindungssteckern, elektrisch verbunden wird. Mindestens ein Kommunikationselement ist dabei in einem der Stromkreise integriert, wobei auch beide Stromkreise jeweils mindestens ein Kommunikationselement aufweisen können.
Mindestens einer der Stromkreise stellt eine Pilotleitung PP und einen Schutzleiter PE zur Verfügung, wobei auch hier beide Stromkreise diese Leitungen bereitstellen können. Mindestens einer der Stromkreise versorgt die Pilotleitung PP mit einer Versorgungsspannung gegenüber dem Schutzleiter PE.
Nach dem Verbinden kann dann ein Kommunikationselement die Versorgungsspannung auf dem Pilotleiter PP kurzzeitig dem Spannungspegel auf dem Schutzleiter PE angleichen, als Anfrage zur Kommunikation an einen Kommunikationsempfänger.
Ein entsprechend angefragter Kommunikationsempfänger beginnt dann wiederum mit dem Senden von Informationen an das Kommunikationselement. Ein solches Senden von Informationen wird dann als zeitlich abfolgendes Signal auf der Pilotleitung PP durch den Kommunikationsempfänger realisiert, wie vorgenannt beschrieben.
Beim Aufbringen der Versorgungsspannung auf den Pilotleiter PP beim Verbinden der Leitungsgarnitur wird dadurch bevorzugt der Kommunikationsempfänger mit elektrischer Energie versorgt. Dieser verweilt dann bis zu einer Anfrage in einem Ruhezustand.
Innerhalb des Stromkreises des Verbrauchers und/oder der Ladeeinrichtung wird die Versorgungsspannung mittels mindestens eines Signalwiderstandes auf die Pilotleitung PP aufgebracht und nach Verbinden mit der Leitungsgarnitur auf diese übertragen.
Nach dem Verbinden der Leitungsgarnitur mit der Ladeeinrichtung und/oder dem Verbraucher misst das Kommunikationselement bevorzugt zunächst den Spannungsabfall an einem Kodierwiderstand in der Leitungsgarnitur zwischen Pilotleiter PP und dem Schutzleiter PE. Über diesen Spannungsabfall wird der maximal zulässige Ladestrom, welcher über die Leitungsgarnitur fließen darf, bestimmt.
Anschließend wird eine Anfrage an den Kommunikationsempfänger gestellt, um Informationen über die Leitungsgarnitur zu erhalten.
Bevorzugt kann die Ladeinrichtung und der Verbraucher jeweils mit einem Kommunikationselement ausgestattet sein und die verwendete Leitungsgarnitur mit zwei Kommunikationsempfängern, welche ladeeinrichtungsseitig und verbraucherseitig in der Leitungsgarnitur angeordnet sind. Damit wird jeweils eine Kommunikationsmöglichkeit ladeeinrichtungsseitig und verbraucherseitig geschaffen.
Weitere Merkmale ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung. Es zeigt:
Figur 1 : Elektrisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Leitungsgarnitur zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leitungsgarnitur sowie der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dazu wird eine Ladestation mit einem entsprechenden Stromkreis 10 gezeigt sowie in Verbraucher mit einem entsprechenden Stromkreis 40. Vorzugsweise ist der Verbraucher ein Fahrzeug.
Beide Stromkreise 10, 40 werden über eine Leitungsgarnitur 30 lösbar verbunden. Dies geschieht bspw. mittels Verbindungsstecker.
Der Stromkreis 10 der gezeigten Ladeeinrichtung (bspw. eine Ladesäule zum Laden von Fahrzeugen) beinhaltet eine Versorgungsspannung 12, welche über einen Signalwiderstand 13 auf den Pilotleiter PP 20 aufgebracht wird. Weiterhin beinhaltet der Stromkreis 10 ein Kommunikationselement 11 , welches als Prozessor mit Speicher oder als Mikrocontroller ausgeführt ist. Dieses Kommunikationselement 11 ist mit dem Pilotleiter PP 20 und dem Schutzleiter PE 21 verbunden und wird über diese mit elektrischer Energie versorgt. Der Schutzleiter PE 21 ist mit einem Massepotential 14 verbunden.
Der Stromkreis 40 des gezeigten Verbrauchers (bspw. ein Fahrzeug) beinhaltet eine Versorgungsspannung 42, welche über einen Signalwiderstand 43 auf den Pilotleiter PP 22 aufgebracht wird. Weiterhin beinhaltet der Stromkreis 40 ein Kommunikationselement 41 , welches als Prozessor mit Speicher oder als Mikrocontroller ausgeführt ist. Dieses Kommunikationselement 41 ist mit dem Pilotleiter PP 22 und dem Schutzleiter PE 21 verbunden und wird über diese mit elektrischer Energie versorgt. Der Schutzleiter PE 21 kann mit dem Massepotential 14 verbunden sein oder mit dem Gehäuse im Falle eines Fahrzeugs 44. Bevorzugt wird mit dem Schutzleiter PE 21 , welcher ladeeinrichtungsseitig mit dem Massepotential 14 verbunden ist, über die Leitungsgarnitur 30 das Gehäuse 44 verbunden.
Mittels einer Leitungsgarnitur 30 wird nun die Ladeeinrichtung mit dem Verbraucher verbunden, so dass beide Stromkreise 10, 40 elektrisch leitend miteinander über die Leitungsgarnitur 30 verbunden sind. Die Leitungsgarnitur 30 beinhaltet dazu Leistungsleiter, mindestens einen Pilotleiter PP 20, 22 sowie einen Schutzleiter PE 21 . Der Schutzleiter PE 21 wird mittels der Leitungsgarnitur durchgeschliffen und verbindet somit den Schutzleiter PE beider Stromkreise 10, 40 ununterbrochen.
Die Leitungsgarnitur 31 beinhaltet weiterhin Kommunikationsempfänger 31 , 33, welche mit den Pilotleitern 20, 22 und dem Schutzleiter 21 verbunden sind. Die Kommunikationsempfänger werden damit über die Versorgungsspannung 12, 42 auf den Pilotleitern 20, 22 mit elektrischer Energie versorgt. Im vorliegenden Beispiel beinhaltet die Leitungsgarnitur 30 einen ladeeinrichtungsseitigen Kommunikationsempfänger 31 und einen verbraucherseitigen Kommunikationsempfänger 33.
Zudem beinhaltet die erfindungsgemäße Leitungsgarnitur 30 mindestens einen Kodierwiderstand 32, 34, im vorliegenden Beispiel werden zwei Kodierwiderstände 32, 34 gezeigt, nämlich einen ladeeinrichtungsseitigen Kodierwiderstand 31 und einen verbraucherseitigen Kodierwiderstand 33.
Nach dem Verbinden der Leitungsgarnitur 30 mit den Stromkreisen 10, 40 bestimmt zunächst mindestens ein Kommunikationselement 11 , 41 den Spannungsabfall über den jeweiligen Kodierwiderstand 32, 34 und ermittelt darüberdessen Widerstandswert. Aus dem Widerstandswert wird die Strom belastbarkeit der Leitungsgarnitur bestimmt, bevorzugt durch das jeweilige Kommunikationselement 11 , 41.
Der entsprechende Kommunikationsempfänger 31 , 33 verbleibt während dieses Zeitraumes im Ruhezustand („idle-state“) und lässt das Spannungspotential auf dem Pilotleiter PP 20, 22 unverändert.
Eine bevorzugt serielle Datenübertragung wird initiiert, indem ein Kommunikationselement 11 , 41 das Spannungspotential des Pilotleiters PP 20 an das Spannungspotential des Schutzleiters PE 21 kurzzeitig angleicht. Dies entspricht einer Anfrage an den jeweiligen Kommunikationsempfänger 31 , 33, welcher mit Senden von Informationen daraufhin beginnt. Solche Informationen werden entsprechend eines verwendeten Protokolls kodiert. Anschließend werden die kodierten Informationen als pulsweitenmoduliertes Signal auf dem Pilotleiter PP 20, 22 durch den jeweiligen Kommunikationsempfänger 31 , 33 gesendet.
Ein Beispielbauteil für einen Kommunikationsempfänger 31 , 33 ist der DS28E30 von Analog Devices. Sollte keine erfindungsgemäße Leitungsgarnitur 30 (ohne Möglichkeit zur seriellen Kommunikation auf den Pilotleitern PP 20, 22) an den Stromkreis der Ladeeinrichtung 10 oder den Stromkreis eines Verbrauchers 40 angeschlossen werden, wird zunächst die Strombelastbarkeit wie oben beschrieben ermittelt.
Sollte ein Kommunikationselement 11 , 41 anschließend das Potential des Pilotleiters PP 20, 22 auf das Spannungsniveau des Schutzleiters PE 21 ziehen, um eine serielle Kommunikation zu initiieren, so wird diese Anfrage aufgrund des fehlenden Kommunikationsempfängers 31 , 33 unbeantwortet bleiben. Dies beeinträchtigt den Ladevorgang nicht.
Wenn im Gegenzug eine erfindungsgemäße Leitungsgarnitur 30 an eine Ladeeinrichtung oder die Ladeelektronik eines Verbrauchers angeschlossen wird, welche keine serielle Kommunikation über den Pilotleiter PP 20, 22 unterstützt, so wird der Kommunikationsempfänger in der Leitungsgarnitur 30 im Ruhezustand verbleiben, da eine Anfrage zur Kommunikation seitens des Kommunikationselements ausbleibt. Auch dies beeinträchtigt den Ladevorgang nicht.
Wichtig bei der Leitergarnitur 30 sowie dem Verfahren hierzu ist, dass der Pilotleiter CP, sofern vorhanden, nicht in seiner Funktion beeinträchtigt wird. Entsprechend wurde im vorgenannten Ausführungsbeispiel auf die Darstellung des Pilotleiters CP verzichtet. Er ist jedoch, wie aus dem Stand der Technik bekannt, in der Leitungsgarnitur vorgesehen, wird jedoch von dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht benötigt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Merkmale beschränkt, vielmehr sind weitere Ausführungen denkbar. So könnte die Leitungsgarnitur mit 2, 3 oder 4 Leistungsleitern ausgestattet sein, je nachdem ob eine DC- oder AC- (ein- oder dreiphasig) Ladeeinrichtung verwendet wird. Ebenso könnten die Verbindungselement gemäß DIN EN 62196 als Typ 1 , 2 oder 3 Verbindungsstecker ausgeführt sein. BEZUGSZEICHENLISTE
10 Stromkreis Ladeeinrichtung
11 Kommunikationselement ladeeinrichtungsseitig
12 Versorgungsspannung ladeeinrichtungsseitig
13 Signalwiderstand ladeeinrichtungsseitig
14 Massepotential
20, 22 Pilotleiter PP
21 Pilotleiter PE
30 Leitungsgarnitur
31 Kommunikationsempfänger ladeeinrichtungsseitig
32 Kodierwiderstand ladeeinrichtungsseitig
33 Kommunikationsempfänger verbraucherseitig
34 Kodierwiderstand verbraucherseitig
40 Stromkreis Fahrzeug
41 Kommunikationselement verbraucherseitig
42 Versorgungsspannung verbraucherseitig
43 Signalwiderstand verbraucherseitig
44 Gehäuse

Claims

ANSPRÜCHE Leitungsgarnitur (30), mit mindestens einem Pilotleiter PP (20, 22) und einem Schutzleiter PE (21 ), welche zur Bestimmung des maximal möglichen Ladestroms ausgebildet sind, mit zwei Verbindungselementen, welche zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einem Stromkreis einer Ladeeinrichtung (10) und einem Stromkreis eines Verbrauchers (40) mittels der Leitungsgarnitur (30) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kommunikationsempfänger (31 , 33) in der Leitungsgarnitur (30) integriert ist, welcher über den Pilotleiter PP (20, 22) elektrisch kommunizieren kann. Leitungsgarnitur (30) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher als Fahrzeug ausgeführt ist. Leitungsgarnitur (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kommunikationsempfänger (31 , 33) in der Leitungsgarnitur (30) integriert sind, nämlich ein Kommunikationsempfänger (31 ), welcher ladeeinrichtungsseitig ausgebildet ist, mit der Ladeeinrichtung (10) zu kommunizieren und ein Kommunikationsempfänger (33), welcher verbraucherseitig ausgebildet ist, mit dem Verbraucher zu kommunizieren. Leitungsgarnitur (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Pilotleiter PP (20, 22) und Schutzleiter PE (21 ) ladeeinrichtungsseitig mindestens ein Kodierwiderstand (32) vorhanden ist, welcher einen Widerstandswert zur Bestimmung des maximal möglichen Ladestroms der Leitungsgarnitur (30) bereitstellt. Leitungsgarnitur (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Pilotleiter PP (20, 22) und PE (21 ) verbraucherseitig mindestens ein Kodierwiderstand (34) vorhanden ist, welcher einen Widerstandswert zur Bestimmung des maximal möglichen Ladestroms für den Verbraucher bereitstellt. Leitungsgarnitur (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsempfänger (31 , 33) auf Anfrage durch den Stromkreis der Ladeeinrichtung und/oder den Stromkreis des Verbrauchers Informationen mittels des Pilotleiters PP (20, 22) übermittelt. Leitungsgarnitur (30) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommunikationsempfänger (31 ) ladeeinrichtungsseitig auf Anfrage durch den Stromkreis der Ladeeinrichtung (10) Informationen mittels des Pilotleiters PP (20, 22) an den Stromkreis der Ladeeinrichtung (10) übermittelt und/oder der Kommunikationsempfänger (33) verbraucherseitig auf Anfrage durch den Stromkreis des Verbrauchers (40) Informationen mittels des Pilotleiters PP (20, 22) an den Stromkreis des Verbrauchers (40) übermittelt. Leitungsgarnitur (30) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen Herstellerangaben, Fertigungsdatum, absolvierte Steckzyklen und/oder Übergangswiderstände an den Verbindungselementen beinhalten können. Leitungsgarnitur (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommunikationsempfänger (31 , 33) durch eine Versorgungsspannung (12, 42) auf der Pilotleitung PP (20, 22) ladeeinrichtungsseitig und/oder verbraucherseitig elektrisch versorgt wird. Leitungsgarnitur (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfrage durch eine kurzzeitige Potentialänderung der Versorgungsspannung (12, 42) auf den Spannungswert des Schutzleiters PE (21 ) ausgelöst wird. Verfahren zum elektrischen Laden eines Verbrauchers an einer Ladeeinrichtung, wobei die Ladeeinrichtung und der Verbraucher jeweils einen Stromkreis (10, 40) mit mindestens einem Kommunikationselement (11 , 41 ) aufweisen, wobei die Stromkreise der Ladeeinrichtung und des Verbrauchers mittels einer Leitungsgarnitur (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 über die Verbindungselemente elektrisch verbunden werden, wobei der Stromkreis der Ladeeinrichtung (10) und/oder der Stromkreis des Verbrauchers (40) den Pilotleiter PP (20, 22) gegenüber dem Schutzleiter PE (21 ) mit einer Versorgungsspannung (12, 42) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationselement (11 , 41 ) nach dem elektrischen Verbinden der Leitungsgarnitur (30) die Versorgungsspannung (12, 42) der Pilotleitung PP (20, 22) dem elektrischen Potential des Schutzleiters PE (21 ) kurzzeitig als Anfrage an den Kommunikationsempfänger (31 , 33) angleicht und der Kommunikationsempfänger (31 , 33) auf diese Anfrage hin Informationen an das Kommunikationselement (11 , 41 ) sendet. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung über einen Signalwiderstand (13, 43) auf die Pilotleitung PP (20, 22) übertragen wird. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kodierwiderstand (32, 34) in der Leitungsgarnitur (30) zwischen Pilotleiter PP (20, 22) du Schutzleiter PE (21 ) vorgesehen ist, welcher am Kodierwiderstand einen Spannungsabfall erzeugt und das Kommunikationselement (11 , 41 ) über den Spannungsabfall zunächst den maximal möglichen Ladestrom der Leitungsgarnitur (30) ermittelt, bevor eine Anfrage gestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die Kommunikation zwischen ladeeinrichtungsseitigem
Kommunikationselement (11 ) und ladeeinrichtungsseitigem
Kommunikationsempfänger (31 ) sowie verbraucherseitigem
Kommunikationselement (41 ) und verbraucherseitigem
Kommunikationsempfänger (33) ermöglicht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen als serielle Datenübertragung ausgeführt werden.
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