DE102010053074A1

DE102010053074A1 - Ladekabelvorrichtung sowie Verfahren zum Begrenzen eines maximalen elektrischen Stroms

Info

Publication number: DE102010053074A1
Application number: DE102010053074A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dipl.-Ing. 70597 Büdke; Peter Dipl.-Ing. 70191 Ziegler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2011-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladekabelvorrichtung (3) zum elektrischen Verbinden einer Ladestation (1) mit einem Kraftwagen (2), welche ein erstes Ladekabel (4) mit zwei Enden und einem ersten Steckverbindungselement (6) am einen Ende und einem zweiten Steckverbindungselement (7) am anderen Ende sowie ein zweites Ladekabel (5) mit zwei Enden und einem ersten Steckverbindungselement (8) am einen Ende und einem zweiten Steckverbindungselement (9) am anderen Ende umfasst, wobei das erste Steckverbindungselement (6) des ersten Ladekabels (4) mit der Ladestation (1) steckverbindbar ist (V1), das zweite Steckverbindungselement (7) des ersten Ladekabels (4) mit dem ersten Steckverbindungselement (8) des zweiten Ladekabels (5) steckverbindbar ist (V7), und das zweite Steckverbindungselement (9) des zweiten Ladekabels (5) mit dem Kraftwagen (2) steckverbindbar ist (V2), und wobei das erste (4) und das zweite Ladekabel (5) je zumindest ein elektrisches Widerstandsbauelement (12, 13, 14, 15) umfassen, dessen elektrischer Widerstand mit einer maximalen elektrischen Stromtragfähigkeit des jeweiligen Ladekabels (4, 5) korreliert. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Begrenzen eines maximalen elektrischen Stroms durch eine solche Ladekabelvorrichtung (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladekabelvorrichtung zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einem Kraftwagen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Begrenzen eines maximalen elektrischen Stroms durch eine solche Ladekabelvorrichtung.
Für das Laden einer Batterie eines Kraftwagens, der zumindest teilweise elektrisch betrieben wird, ist ein geeignetes Ladekabel erforderlich. Fahrzeugseitig ist eine Ladebuchse vorhanden, in welche in das Fahrzeugladekabel eingesteckt wird. Andererseits wird das Kabel mit einer üblicherweise örtlich fest installierten Ladestation ebenfalls über eine Steckverbindung angeschlossen. Normen und Vorgaben zu den zugelassenen Ladekabeln finden sich zum Beispiel in der IEC 61851 (Electric Vehicle Conductive Charging System). Erfolgt die Aufladung der Batterie des Fahrzeugs im sogenannten MOD 3 Lademodus, so verbietet diese Norm die Verlängerung zugehöriger Fahrzeugladekabel.
Jedem Fahrzeug muss deswegen abhängig von der Anzahl und Anordnung seiner Ladesteckdosen ein Ladekabel entsprechender Länge beigelegt sein, so dass aus Sicht des Fahrzeugführers mit diesem Ladekabel möglichst alle denkbaren Park- und damit Ladesituationen des Kraftwagens abgedeckt werden können. Die jeweilige Anordnung der Ladestation bzw. ihrer Entfernung zur Ladesteckdose am Kraftwagen kann nämlich erheblich variieren, je nachdem, wo das Fahrzeug zum Zwecke des Ladens abgestellt wird. Diese Fülle an Variationsmöglichkeiten führt zu entsprechend langen und unhandlichen Ladekabeln.
Nach aktuellem Stand der Technik werden zudem nach IEC 61851 beide Kabelenden des Ladekabels widerstandskodiert, um die Erkennung der Stromtragfähigkeit des Kabels sowohl für das Fahrzeug als auch für die Ladestation zu ermöglichen. In den Ladekabeln befindet sich üblicherweise eine sogenannten Pilotleitung, über welche die Ladestation ein pulsweitenmoduliertes Pilotsignal übertragen kann, in dem eine Information über eine maximal mögliche Belastbarkeit in Abhängigkeit der Netzanbindung der Ladestation kodiert ist. Dieses Signal kann vom Kraftwagen ausgelesen und entschlüsselt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladekabelvorrichtung bereitzustellen, welche eine besonders vielseitige und variable Verbindung zwischen einer Ladestation und einem Kraftwagen ermöglicht. Hierbei ist es auch Aufgabe, über ein geeignetes Verfahren sicherzustellen, dass der beim Laden fließende Strom der Ladekabelvorrichtung angepasst ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Ladekabelvorrichtung, welche die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, sowie ein Verfahren, welches die Merkmale des Patentanspruchs 5 aufweist, gelöst.
Eine erfindungsgemäße Ladekabelvorrichtung dient zum elektrischen Verbinden einer Ladestation mit einem Kraftwagen. Sie umfasst ein erstes Ladekabel mit zwei Enden und einem ersten Steckverbindungselement am einen Ende und einem zweiten Steckverbindungselement am anderen Ende. Sie umfasst ferner ein zweites Ladekabel mit zwei Enden und einem ersten Steckverbindungselement am einen Ende und einem zweiten Steckverbindungselement am anderen Ende. Bei den Steckverbindungselementen kann es sich insbesondere um Stecker oder Steckerbuchsen handeln. Insbesondere kann an einem Ende eines Ladekabels ein Stecker ausgebildet sein, während am zugehörigen anderen Ende eine Buchse vorliegt. Das erste Steckverbindungselement des ersten Ladekabels ist so ausgebildet, dass es mit der Ladestation steckverbindbar ist. Das zweite Steckverbindungselement des ersten Ladekabels ist dann mit dem ersten Steckverbindungselement des zweiten Ladekabels steckverbindbar. Schließlich ist das zweite Steckverbindungselement des zweiten Ladekabels mit dem Kraftwagen steckverbindbar. Durch Zusammenstecken der beiden Ladekabel kann also insbesondere ein effektiv verlängertes Ladekabel gebildet werden. Sowohl das erste als auch das zweite Ladekabel umfassen jeweils zumindest ein elektrisches Widerstandsbauelement, dessen elektrischer Widerstand mit einer maximalen elektrischen Stromtragfähigkeit des jeweiligen Ladekabels korreliert. Unter Stromtragfähigkeit ist insbesondere der meist bauartbedingte maximal zulässige Strom zu verstehen, der durch das jeweilige Ladekabel fließen darf. Das Widerstandsbauelement kann insbesondere die Information über die zugehörige Stromtragfähigkeit kodieren.
Es wird also ein Kabelpaar eingeführt, wobei es sich bei dem zweiten Ladekabel insbesondere um ein Standardkabel mit geringem Gewicht und hoher Anwendertauglichkeit handeln kann, während das erste Ladekabel ein passendes Verlängerungskabel zur Überbrückung größerer Abstände vom Kraftwagen zur Ladestation sein kann. Die Stromtragfähigkeit des Kabelpaars lässt sich dann unter Verwendung der Widerstandskodierungen der beteiligten Kabel eindeutig und sicher bestimmen. Durch die Verwendung zweier koppelbarer Ladekabel lässt sich die effektive Länge der gesamten Ladekabelvorrichtung individuell und flexibel den jeweiligen Gegebenheiten anpassen. Die Nachteile eines zu langen Ladekabels werden vermieden. Das Kabelpaar lässt sich besser handhaben als ein langes Ladekabel. Unnötiges Gewicht eines zu langen Ladekabels wird vermieden. Zudem wird eine starke Verschmutzung sowie eine Gefährdung von Fußgängern durch überschüssige Kabellänge zuverlässig unterbunden.
Vorzugsweise liegen das jeweils zumindest eine elektrische Widerstandsbauelement im ersten und/oder zweiten Steckverbindungselement des ersten Ladekabels und im ersten und/oder zweiten Steckverbindungselement des zweiten Ladekabels vor. Das Widerstandsbauelement lässt sich so besonders einfach kontaktieren und sein elektrischer Widerstand lässt sich unkompliziert auslesen. Im Falle eines Defekts des Widerstandsbauelements kann dieses, z. B. gemeinsam mit dem Steckverbindungselement, einfach und kostengünstig ausgetauscht werden, ohne dass das gesamte Ladekabel ersetzt werden müsste.
Vorzugsweise sind das erste und zweite Steckverbindungselement des ersten Ladekabels nicht miteinander steckverbindbar. Alternativ oder zusätzlich können auch das erste und das zweite Steckverbindungselement des zweiten Ladekabels nicht miteinander steckverbindbar sein. Alternativ oder zusätzlich können auch das erste Steckverbindungselement des ersten Ladekabels und das zweite Steckverbindungselement des zweiten Ladekabels nicht miteinander steckverbindbar sein. Hierdurch wird ein unzulässiges oder falsches Anschließen der einzelnen Steckverbindungselemente innerhalb der Ladekabelvorrichtung zuverlässig verhindert, so dass eine hohe Benutzerfreundlichkeit sichergestellt ist. Gefahren beim Ladevorgang durch unzulässige Anschlüsse werden vermieden. Unerwünschte Mehrfachverlängerungen sind ausgeschlossen.
Vorzugsweise ist das erste Ladekabel länger als das zweite Ladekabel. Dann ist das zweite, fahrzeugseitige Ladekabel kurz, leicht und handlich. Das erste, ladestationsseitige Ladekabel kann insbesondere zu den erforderlichen Längenverhältnissen situationsgerecht ausgewählt bzw. angepasst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Begrenzen eines maximalen elektrischen Stroms durch eine erfindungsgemäße Ladekabelvorrichtung. Es umfasst die folgenden Schritte:

a.) Messen mindestens eines Widerstandswerts einer Schaltungsanordnung aus den elektrischen Widerstandsbauelementen der beiden Ladekabel. Bei der Schaltungsanordnung kann es sich insbesondere um eine einzige elektrische Schaltung oder auch um mehrere autarke und voneinander völlig unabhängige elektrische Schaltungen handeln.
b.) Bestimmen mindestens der kleineren der beiden Stromtragfähigkeiten der beiden Ladekabel.
c.) Festlegen des maximalen elektrischen Stroms durch die Ladekabelvorrichtung auf einen Wert, der der in Schritt b.) bestimmten Stromtragfähigkeit entspricht.
d.) Begrenzen des Stroms auf den in Schritt c.) festgelegten Wert.

Auf diese Weise wird sichergestellt, dass über beide Ladekabel höchstens ein Strom fließt, der deren Stromtragfähigkeiten nicht überschreitet. Unzulässig hohe Ströme werden sicher vermieden. Die geltenden Normen und Vorgaben werden eingehalten. Gefahrensituationen aufgrund zu hoher Ströme sind ausgeschlossen.
Vorzugsweise umfassen das erste und das zweite Ladekabel jeweils eine Signalleitung, wobei Daten über diese Signalleitung übertragen werden können. Bei diesen Daten kann es sich um solche handeln, die die Stromtragfähigkeit betreffen und/oder den maximalen elektrischen Strom betreffen und/oder die Belastbarkeit der Ladestation betreffen. So kann insbesondere sichergestellt werden, dass der Ladestation und/oder dem Kraftwagen zuverlässig notwendige Informationen bereitgestellt werden, die für einen sicheren Ladevorgang erforderlich sind. Die Signalleitung garantiert einen reibungslosen Informationsaustausch.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Ladekabelvorrichtung zwischen einer Ladestation und einem Kraftwagen.
Ein Kraftwagen 2 ist mit einer elektrischen Maschine und einer Batterie ausgerüstet, wobei die Batterie elektrisch geladen werden soll. Dies soll über eine Ladestation 1 erfolgen, welche relativ zum Kraftwagen 2 ortsfest angebracht ist. Um eine elektrische Verbindung herstellen zu können, ist am Kraftwagen 2 ein Stecker 11 vorgesehen und an der Ladestation 1 eine Buchse 10. Um den Stecker 11 mit der Buchse 10 elektrisch zu verbinden, ist eine Ladekabelvorrichtung 3 vorgesehen, welche zwei Ladekabel 4 und 5 umfasst. Das kraftfahrzeugseitige Ladekabel 5 ist ein kurzes Standardkabel, welches in der Figur an seiner rechten Seite eine Buchse 9 und am anderen Ende einen Stecker 8 aufweist. Die Buchse 9 hat eine mechanische Steckkulisse, die so ausgebildet ist, dass ein Einstecken in den Stecker 11 des Kraftwagens 2 problemlos möglich ist. Da das Ladekabel 5 hinsichtlich seiner Länge nicht ausreicht, die Distanz zwischen dem Kraftwagen 2 und der Ladestation 1 zu überbrücken, ist das weitere Ladekabel 4 vorgesehen, welches ein Verlängerungskabel darstellt. Das Ladekabel 4 ist im Ausführungsbeispiel länger als das Ladekabel 5. Es umfasst zwei Steckverbindungselemente, nämlich eine Buchse 7 und einen Stecker 6. Der Stecker 6 ist hierbei so ausgebildet, dass sich mit ihm problemlos eine Steckverbindung mit der Buchse 10 der Ladestation 1 herstellen lässt. Die Buchse 7 des als Verlängerungskabel dienenden Ladekabels 4 sowie der Stecker 8 des Standardladekabels 5 sind gegenstückig zueinander ausgebildet, so dass sie problemlos ineinander eingesteckt werden können.
Die beschriebenen zulässigen Steckverbindungen sind in der Figur schematisch durch die erlaubten Verbindungsoptionen V1, V2 und V7 schematisch dargestellt. Befände sich der Kraftwagen 2 näher an der Ladestation 1 könnte gegebenenfalls das als Verlängerungskabel dienende Ladekabel 4 entfallen, so dass der Stecker 8 direkt in die Buchse 10 eingesteckt werden könnte. Dies ist ebenfalls eine erlaubte Verbindungsoption V3.
Wie schematisch in der Figur gezeigt, sind die Stecker und Buchsen hinsichtlich ihrer Kulissengestaltung baulich unterschiedlich kodiert. Dies garantiert einerseits die oben beschriebenen zulässigen und erwünschten Steckverbindungen; andererseits sind unzulässige bzw. unerwünschte Steckkombinationen ausgeschlossen. Dies ist für die Verbindungsoption V6 zwischen Buchse 9 und Stecker 6, Verbindungsoption V4 zwischen Buchse 7 und Stecker 6 sowie Verbindungsoption V5 zwischen Buchse 9 und Stecker 8 der Fall. Auf diese Weise kann durch Kulissenanpassung eine Mehrfachverlängerung der Ladekabel verhindert werden.
Sowohl die Stecker 6 und 8 als auch die Buchsen 7 und 9 enthalten sogenannte Kodierwiderstände 12 bis 15. Das Ladekabel 4 hat eine bestimmte Stromtragfähigkeit, zum Beispiel 16A (das heißt, dass der maximal zulässige Strom durch das Ladekabel 4 16A beträgt). Damit beispielsweise die Ladestation 1 erkennt, welcher maximale Strom über das Ladekabel 4 fließen darf, sind die Kodierwiderstände 12 und 13 im Stecker 6 bzw. in der Buchse 7 angebracht. Steckt der Stecker 6 in der Buchse 10, kann die Ladestation 1 den Kodierwiderstand auslesen und auf diese Weise erkennen, welcher maximale Strom für das Ladekabel 4 zulässig ist. Hierzu kann in der Ladestation eine geeignete Auswerteschaltung vorgesehen sein. Selbiges gilt für die Kodierwiderstände 14 und 15 des Ladekabels 5. Insbesondere kann der Kodierwiderstand 15 von einer Auswerteschaltung des Kraftwagens 2 ausgelesen werden, wenn der Stecker 11 in die Buchse 9 eingesteckt ist.
Die Kodierwiderstände erlauben die Bestimmung der Stromtragfähigkeit des Kabelpaars (bestehend aus den Ladekabeln 4 und 5) und der beidseitig vorhandenen Auswerteschaltungen (das heißt, auf Seiten des Kraftwagens 2 und der Ladestation 1). Hierdurch kann dem Fall unterschiedlicher Stromtragfähigkeiten der verwendeten Ladekabel 4 und 5 Rechnung getragen werden. Einerseits wird die fahrzeug- und ladestationsseitige Widerstandskodierung herangezogen. Andererseits wird die Stromtragfähigkeit des als Verlängerungskabel dienenden Ladekabels 4 mithilfe seiner Widerstandskodierung mit der maximalen Belastung der Ladestation 1 verglichen. Die Ladestation 1 ist in der Lage, ein pulsweitenmoduliertes Signal zu erzeugen, welches den kleineren Wert aus dem benannten Vergleich überträgt. So wird sichergestellt, dass bei Verwendung einer Ladekabelvorrichtung stets die niedrigste Stromtragfähigkeit unter den verwendeten Ladekabeln berücksichtigt wird und die Vorgabe nach IEC 61851 eingehalten wird.
Bezugszeichenliste

1: Ladestation
2: Kraftwagen
3: Ladekabelvorrichtung
4: Ladekabel
5: Ladekabel
6: Stecker
7: Buchse
8: Stecker
9: Buchse
10: Buchse
11: Stecker
12: Kodierwiderstand
13: Kodierwiderstand
14: Kodierwiderstand
15: Kodierwiderstand
V1, V2,..., V6: Verbindungsoption

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

IEC 61851 [0002]
IEC 61851 [0004]
IEC 61851 [0020]

Claims

Ladekabelvorrichtung (3) zum elektrischen Verbinden einer Ladestation (1) mit einem Kraftwagen (2), welche ein erstes Ladekabel (4) mit zwei Enden und einem ersten Steckverbindungselement (6) am einen Ende und einem zweiten Steckverbindungselement (7) am anderen Ende sowie ein zweites Ladekabel (5) mit zwei Enden und einem ersten Steckverbindungselement (8) am einen Ende und einem zweiten Steckverbindungselement (9) am anderen Ende umfasst, wobei das erste Steckverbindungselement (6) des ersten Ladekabels (4) mit der Ladestation (1) steckverbindbar ist (V1), das zweite Steckverbindungselement (7) des ersten Ladekabels (4) mit dem ersten Steckverbindungselement (8) des zweiten Ladekabels (5) steckverbindbar ist (V7), und das zweite Steckverbindungselement (9) des zweiten Ladekabels (5) mit dem Kraftwagen (2) steckverbindbar ist (V2), und wobei das erste (4) und das zweite Ladekabel (5) je zumindest ein elektrisches Widerstandsbauelement (12, 13, 14, 15) umfassen, dessen elektrischer Widerstand mit einer maximalen elektrischen Stromtragfähigkeit des jeweiligen Ladekabels (4, 5) korreliert.
Ladekabelvorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils zumindest eine elektrische Widerstandsbauelement (12, 13, 14, 15) im ersten (6) und/oder zweiten Steckverbindungselement (7) des ersten Ladekabels (4) und im ersten (8) und/oder zweiten Steckverbindungselement (9) des zweiten Ladekabels (5) vorliegt.
Ladekabelvorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (6) und zweite Steckverbindungselement (7) des ersten Ladekabels (4) nicht miteinander steckverbindbar sind (V4) und/oder das erste (8) und zweite Steckverbindungselement (9) des zweiten Ladekabels (5) nicht miteinander steckverbindbar sind (V5) und/oder das erste Steckverbindungselement (6) des ersten Ladekabels (4) nicht mit dem zweiten Steckverbindungselement (9) des zweiten Ladekabels (5) steckverbindbar ist (V6).
Ladekabelvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ladekabel (4) länger als das zweite Ladekabel (5) ist.
Verfahren zum Begrenzen eines maximalen elektrischen Stroms durch eine Ladekabelvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: a) Messen mindestens eines Widerstandswerts einer Schaltungsanordnung aus den elektrischen Widerstandsbauelementen (12, 13, 14, 15) der beiden Ladekabel (4, 5); b) Bestimmen mindestens der kleineren unter den beiden Stromtragfähigkeiten der beiden Ladekabel (4, 5); c) Festlegen des maximalen elektrischen Stroms durch die Ladekabelvorrichtung (3) auf einen Wert, der der in Schritt b) bestimmten Stromtragfähigkeit entspricht; und d) Begrenzen des Stroms auf den in Schritt c) festgelegten Wert.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (4) und zweite Ladekabel (5) je eine Signalleitung umfassen und Daten betreffend die Stromtragfähigkeiten und/oder betreffend den maximalen elektrischen Strom und/oder betreffend eine Belastbarkeit der Ladestation (1) über die Signalleitung übertragen werden.