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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Hochvoltbatterie und mit einem Hochvoltbordnetz, wobei die Hochvoltbatterie an einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung kabelgebunden ladbar ist, eine Ladevorrichtung zum kabelgebundenen Laden einer Hochvoltbatterie eines Fahrzeugs, aufweisend einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler zur Wandlung von Wechselstrom aus einem Wechselspannungsnetz in Gleichstrom, sowie ein System, umfassend ein Fahrzeug mit einer Hochvoltbatterie und mit einem Hochvoltbordnetz, wobei die Hochvoltbatterie an einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung kabelgebunden ladbar ist, und umfassend eine Ladevorrichtung zum kabelgebundenen Laden der Hochvoltbatterie des Fahrzeugs, aufweisend einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler zur Wandlung von Wechselstrom aus einem Wechselspannungsnetz in Gleichstrom.
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Diverse Fahrzeuge mit einem elektrifizierten Antriebsstrang können an fahrzeugexternen Ladestationen geladen werden. Nach dem Stand der Technik ist eine Gleichstromladestation über einen Anschluss mit dem Wechselstromnetz verbunden. Die Gleichstromladestation umfasst zur Wandlung des Wechselstroms aus dem Netz in Gleichstrom mit einem vorgegebenen Spannung- und Stromwert zum Laden einer Hochvoltbatterie des Fahrzeugs einen Wechselstrom-Gleichstromwandler (AC-DC-Wandler) auf.
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Zum Laden wird das Fahrzeug kabelgebunden mit der fahrzeugexternen Ladestation elektrisch in Verbindung gebracht. Die Ladestation und das Fahrzeug verfügen über eine gemeinsame Ladeschnittstelle. Die Ladeschnittstelle umfasst Gleichstromleitungen, eine Masseleitung und Leitungen für Steuersignale. Typischerweise ist die Ladeschnittstelle als eine Stecker-Buchse-Verbindung ausgeführt. Meist ist der Ladestecker einem Ladekalbe der Ladestation und die Ladebuchse dem Fahrzeug zugeordnet. Zum Laden, das heißt zur Aufnahme des von der Ladestation gelieferten Gleichstroms, verfügt das Fahrzeug über eine Gleichstrom-Ladearchitektur, die Teil des Hochvoltbordnetzes des Fahrzeugs ist.
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Bei an ein Fahrzeug angeschlossener Ladestation, d.h. bei hergestellter Ladeverbindung, bildet sich ein Ladeschaltkreis vom fahrzeugäußeren Wechselstromnetz bis zur fahrzeugintegrierten Hochvoltbatterie. Im Schaltkreis befindet sich eine zusätzliche Schalteinheit mit Schützen, durch die die Gleichstromverbindung zwischen Fahrzeug und der Ladestation trotz hergestellter Ladeverbindung durch Beschaltung der Schütze trennbar und herstellbar ist. Die Schütze werden üblicherweise von einem Lademanagement beschaltet.
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Für Fehlerfälle, d.h. insbesondere für etwaige Kurzschlüsse im Ladeschaltkreis ist der Ladeschaltkreis elektrisch zu sichern. Im bestimmungsgemäßen Betriebsfall erfolgt der Stromfluss im Ladeschaltkreis von der Ladestation zur Hochvoltbatterie. Insbesondere im Fehlerfall kann die Hochvoltbatterie, die sowohl als Stromquelle als auch als Stromsenke fungieren kann, in einem solchen Fehlerfall auch stromrückspeisend fungieren, d.h. Strom fließt dann in Richtung der Ladestation.
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Zur Sicherung auch eines solchen Fehlerfalls weist die Ladestation eine erste Sicherung (z.B. eine Schmelzsicherung oder ein thermomagnetischer Leitungsschutzschalter) und die Ladearchitektur eine zweite Sicherung (z.B. eine Schmelzsicherung oder ein thermomagnetischer Leitungsschutzschalter) auf, wobei die zwischen den beiden Sicherungen befindlichen Leitungsstränge so ausgelegt sind, dass die sowohl den Auslösestrom der ersten Sicherung als auch den Auslösestrom der zweiten Sicherung zu Tragen in der Lage sind.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug mit einer Hochvoltbatterie und mit einem Hochvoltbordnetz, wobei die Hochvoltbatterie an einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung kabelgebunden ladbar ist, eine verbesserte Ladevorrichtung zum kabelgebundenen Laden einer Hochvoltbatterie eines Fahrzeugs, aufweisend einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler zur Wandlung von Wechselstrom aus einem Wechselspannungsnetz in Gleichstrom, sowie ein verbessertes System, umfassend ein Fahrzeug mit einer Hochvoltbatterie und mit einem Hochvoltbordnetz, wobei die Hochvoltbatterie an einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung kabelgebunden ladbar ist, und umfassend eine Ladevorrichtung zum kabelgebundenen Laden der Hochvoltbatterie des Fahrzeugs, aufweisend einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler zur Wandlung von Wechselstrom aus einem Wechselspannungsnetz in Gleichstrom, auszubilden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein verbessertes Fahrzeug gemäß Anspruch 1, eine verbesserte Ladevorrichtung gemäß Anspruch 2 und ein verbessertes System gemäß Anspruch 3. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß umfasst das Fahrzeug eine erste Steuereinheit und eine erste einstellbare Sicherung, wobei eine erste Auslöseschwelle der ersten einstellbaren Sicherung von der ersten Steuereinheit einstellbar ist.
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Das bedeutet, dass das Hochvoltbordnetz des Fahrzeugs von einer einstellbaren Sicherung abgesichert wird. Die Auslöseschwelle ist von der fahrzeugeigenen Steuereinheit einstellbar. Vorteilhaft daran ist, dass eine elektrische Sicherung des Hochvoltbordnetzes nicht unveränderlich – an der Stromtragfähigkeit des Hochvoltbordnetzes orientiert – erfolgt, sondern insbesondere Auslöseschwellen einstellbar sind, die unterhalb der Stromtragfähigkeit des Hochvoltbordnetzes liegen.
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Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die erste einstellbare Sicherung eine elektronische Sicherung. Alternativ ist die einstellbare Sicherung ein Relais, das von der ersten Steuereinheit ansteuerbar ist, wobei die Auslöseschwelle als ein einstellbarer Steuerparameter einer Softwarefunktion der ersten Steuereinheit zur Überwachung der Sicherung ausgebildet ist. Das Relais muss mit einer entsprechenden Trennfähigkeit für den maximalen Kurzschlussstrom ausgelegt sein.
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Weiterhin ist die erste Steuereinheit zur Übermittlung von Kommunikationssignalen mit der Ladevorrichtung eingerichtet. Das bedeutet, dass Dateninformationen zwischen der ersten Steuereinheit und der Ladevorrichtung übermittelbar sind.
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Erfindungsgemäß umfasst die Ladevorrichtung eine zweite Steuereinheit sowie eine zweite einstellbare Sicherung umfasst, wobei eine zweite Auslöseschwelle der zweiten einstellbaren Sicherung von der zweiten Steuereinheit einstellbar ist.
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Das bedeutet, dass die Ladevorrichtung von einer einstellbaren Sicherung abgesichert wird. Die Auslöseschwelle ist von der Ladevorrichtungs-eigenen Steuereinheit einstellbar. Vorteilhaft daran ist, dass eine elektrische Sicherung der Ladevorrichtung nicht unveränderlich – an der Stromtragfähigkeit der Komponenten der Ladevorrichtung orientiert – erfolgt, sondern insbesondere Auslöseschwellen einstellbar sind, die unterhalb der Stromtragfähigkeit der Komponenten der Ladevorrichtung liegen.
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Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die zweite einstellbare Sicherung eine elektronische Sicherung. Alternativ ist die einstellbare Sicherung ein Relais, das von der zweiten Steuereinheit ansteuerbar ist, wobei die Auslöseschwelle als ein einstellbarer Steuerparameter einer Softwarefunktion der zweiten Steuereinheit zur Überwachung der Sicherung ausgebildet ist.
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Weiterhin ist die zweite Steuereinheit zur Übermittlung von Kommunikationssignalen mit Fahrzeug eingerichtet. Das bedeutet, dass Dateninformationen zwischen der zweiten Steuereinheit und dem Fahrzeug übermittelbar sind.
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Erfindungsgemäß ist das System derart ausgebildet, dass das Fahrzeug eine erste Steuereinheit umfasst, das Fahrzeug eine erste einstellbare Sicherung umfasst, eine erste Auslöseschwelle der ersten einstellbaren Sicherung von der ersten Steuereinheit einstellbar ist, die Ladevorrichtung eine zweite Steuereinheit umfasst, die Ladevorrichtung eine zweite einstellbare Sicherung umfasst, und eine zweite Auslöseschwelle der zweiten einstellbaren Sicherung von der zweiten Steuereinheit einstellbar ist.
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Das bedeutet, dass das System von zwei einstellbaren Sicherungen abgesichert wird. Die jeweiligen Auslöseschwellen sind von den jeweiligen Steuereinheiten einstellbar. Vorteilhaft daran ist, dass die elektrische Sicherung des Hochvoltbordnetzes nicht unveränderlich – an der Stromtragfähigkeit des Hochvoltbordnetzes orientiert – erfolgt, sondern insbesondere Auslöseschwellen einstellbar sind, die unterhalb der Stromtragfähigkeit des Hochvoltbordnetzes liegen und die elektrische Sicherung der Ladevorrichtung nicht unveränderlich – an der Stromtragfähigkeit der Komponenten der Ladevorrichtung orientiert – erfolgt, sondern insbesondere Auslöseschwellen einstellbar sind, die unterhalb der Stromtragfähigkeit der Komponenten der Ladevorrichtung liegen.
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Besonders vorteilhaft ist dies dann, wenn ein Fahrzeug an einer Ladevorrichtung geladen wird, wobei das Hochvoltbordnetz und die Ladevorrichtung hinsichtlich ihrer jeweiligen Stromtragfähigkeiten unterschiedlich ausgelegt sind. Dann kann die Sicherung, die den jeweiligen Systemteil (Hochvoltbordnetz des Fahrzeugs oder Ladevorrichtung) mit der Auslegung für höhere Ströme absichert, an die Stromtragfähigkeit des Systemteils mit der Auslegung für niedrige Ströme angepasst werden. Somit sind beide Systemteile, d.h. nicht nur der Systemteil, dessen Sicherung für niedrigere Ströme ausgelegt ist, auf die niedrigen Ströme abgesichert. Damit ist es möglich, ein sicheres elektrisches Laden Fahrzeugen verschiedener Auslegung des Hochvoltbordnetzes an Ladevorrichtungen unterschiedlicher elektrischer Auslegung der Komponenten der Ladevorrichtung zu gewährleisten.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zum kabelgebundenen Laden der Hochvoltbatterie des Fahrzeugs an der fahrzeugexternen Ladevorrichtung eine kabelgebundene Ladeverbindung zwischen dem Fahrzeug und der Ladevorrichtung über eine Ladeschnittstelle elektrisch und mechanisch herstellbar, wobei die Ladeschnittstelle eine dem Fahrzeug zugeordnete Buchse und einen der Ladevorrichtung über ein Ladekabel zugeordneten ein Stecker umfasst.
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Geladen wird mit einem Ladekabel, über welches das Fahrzeug mit der Ladevorrichtung verbindbar ist. Dazu wird ein an dem Ladekabel angebrachter Ladestecker in eine Buchse des Fahrzeugs als Gegenstück eingebracht und damit eine Ladeverbindung hergestellt.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn über die Ladeschnittstelle Kommunikationssignale zwischen der ersten Steuereinheit und der zweiten Steuereinheit bidirektional übermittelbar sind, ein erstes Kommunikationssignal einen ersten Wert zur Stromtragfähigkeit des Hochbordnetzes des Fahrzeugs umfasst, und ein zweites Kommunikationssignal einen zweiten Wert zur Stromtragfähigkeit der Ladevorrichtung umfasst.
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Die beiden Steuereinheiten können also gegenseitig Informationen über die Auslegung zum Stromtragen des jeweils anderen Systemteils austauschen, d.h. die Steuereinheit der Ladevorrichtung kann die Stromtragfähigkeit der Ladevorrichtung an die Steuereinheit des Fahrzeugs übermitteln und umgekehrt. Resultierend sind bei hergestellter Ladeverbindung in beiden Steuereinheiten die Werten über die Stromtragfähigkeit des eigenen Systemteils und die Werte des anderen Systemteils hinterlegt. Der Wert über die die Stromtragfähigkeit des eigenen Systemteils ist ohnehin in der betreffenden Steuereinheit hinterlegt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn als erste Auslöseschwelle der kleinere Wert des ersten und zweiten Wertes einstellbar ist und als zweite Auslöseschwelle der kleinere Wert des ersten und zweiten Wertes einstellbar ist.
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Folglich sind beim Laden beide Systemteile auf die kleinere Stromtragfähigkeit im System abgesichert. In einem Fehlerfall, der an beliebiger Stelle in dem System auftreten kann, ist somit das System optimal, d.h. auf das schwächste Glied hinsichtlich der Stromtragfähigkeit abgesichert. Auf diese Weise können Fahrzeug beliebiger Auslegung des Hochvoltbordnetzes an beliebigen Ladevorrichtungen geladen werden. Fahrzeuge und Ladevorrichtung sind somit maximal interoperabel, da sowohl das Fahrzeug als auch die Ladevorrichtung bezüglich deren Absicherung der Stromtragfähigkeit aufwärts- und abwärtskompatibel sind.
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Nach einer weiteren Variante der Erfindung sind die erste und die zweite einstellbare Sicherung als elektronische Sicherungen ausgeführt. Alternativ sind die einstellbaren Sicherungen jeweils als ein Relais, das von der jeweiligen Steuereinheit ansteuerbar ist, ausgeführt, wobei die Auslöseschwelle als ein einstellbarer Steuerparameter einer Softwarefunktion der Steuereinheit zur Überwachung der Sicherung ausgebildet ist.
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Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
Elektrofahrzeuge werden insbesondere zum Schnellladen mit DC-Spannung geladen. Dabei wird ein AC-DC-Wandler in einer fahrzeugexternen Ladestation direkt mit dem Speicher im Fahrzeug, der Gleichstrom aufnimmt, über eine Stecker-Buchse-Verbindung verbunden. Vorteil dieses DC-Ladeverfahrens ist, dass die Energiewandlung (Wandlung des Netzwechselstroms in den Gleichstrom für die Fahrzeugbatterie) in der fahrzeugexternen Ladestation erfolgt und die hierfür notwendige Leistungselektronik somit in der Ladestation unterbringbar ist. Der Ladestrom kann über eine fahrzeugexterne Ladeleitung, die Stecker-Buchse-Verbindung und ein Hochvoltbordnetz im Fahrzeug direkt zur Hochvoltbatterie „durchgeschleift“ werden. Damit können fahrzeugintern ohne Gewichtsnachteil für das Fahrzeug sehr hohe Ladeleistungen realisiert werden.
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Auch eine Skalierung der Ladeleistung ist unabhängig vom Fahrzeugtyp möglich. Je nach Netzleistung und vorhandener Leistung der Ladestation kann eine geringere oder sehr hohe Ladeleistung realisiert werden. Auch die zu ladenden Fahrzeuge nutzen unterschiedliche Ladestromstärken. So sind z.B. kleine Speicher von PHEV-Fahrzeugen weniger aufnahmefähig als sehr große Speicher in reinen Elektrofahrzeugen. Entsprechend unterschiedlich ist der maximale Ladestrom. Dieser ist abhängig vom jeweiligen Fahrzeugtyp.
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In der Praxis kommen daher hinsichtlich der Ladeleistung unterschiedlich ausgelegte Ladestationen mit unterschiedlich ausgelegten Fahrzeugen zusammen. Der Unterschied ist primär durch die jeweilige Ladestromstärke gegeben. Gerade bei der fahrzeugexternen Ladetechnik gibt es sehr unterschiedliche Ladeleistungen. Dies beginnt mit wenigen kW (Laden mit häuslicher Infrastruktur) bis zu einigen hundert kW (unterwegs an Schnelllade-Station). Die Leistungsunterschiede bei Ladestationen bewegen sich also in mehreren Größenordnungen.
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Da DC-Laden ein „rückstromfähiges“ Ladeverfahren ist, muss bei der Auslegung der Ladestation und des Hochvoltbordnetzes des Fahrzeugs auch der Fall berücksichtigt werden, dass z.B. durch einen Kurzschluss in der Ladestation aus dem Speicher des Fahrzeugs über die Ladeleitung ein sehr hoher Strom fließt.
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Aufgrund dieser unterschiedlichen Leistungsauslegungen von Fahrzeugen und Ladestationen müssen entweder alle Ladestationen und Fahrzeuge auf die maximal auftretende Stromstärkenauslegung ebenfalls hin ausgelegt werden (, die zudem künftig noch weiter steigen dürfte), oder es müssten zusätzliche Schutzelemente im Ladestecker und in der Ladebuchse eingebaut werden. Abgesehen von Kostennachteilen ist dies aufgrund von Platzrestriktionen eine nachteilige Lösung. Vielmehr ist es das Ziel, die anwendungsspezifisch optimale, d.h. die für den Anwendungsfall notwendige und ausreichende Auslegung, zu wählen. So sollten beispielsweise die Hochvoltleitungen im Fahrzeug und zur Ladestation gehörenden Ladeleitungen möglichst querschnittsniedrig (und damit leicht) sein und nicht grundsätzlich maximal querschnittshoch (und damit schwer) für die wenigen Ladesituationen, wenn das betreffende Fahrzeug an einer maximal leistungsfähigen Ladestation geladen wird. Selbst eine solche Herangehensweise im Sinne einer Maximalauslegung ist problematisch, wenn zu späteren Zeitpunkten noch leistungsstärkere Ladestationen die Ladeinfrastruktur ergänzen. Dann wäre selbst die ursprüngliche Maximalauslegung des Hochvoltbordnetzes des Fahrzeugs nicht mehr ausreichend.
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Es wird deshalb vorgeschlagen, ein verbessertes, vorteilhaftes Schutz- und Auslegungskonzept anzuwenden. Damit kann ein Fahrzeug mit niedriger Ladeleistung und kleinen Leitungsquerschnitten an einer sehr Leistungsfähigen Ladestation betrieben werden, ohne in einem Fehlerfall eine elektrische Überlast an Komponenten im Fahrzeug zu erzeugen.
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Zentrales Element ist dabei eine adaptiv einstellbare Schutzeinrichtung in der Ladestation, die auf die Parameter des Fahrzeugs automatisch eingestellt wird und eine adaptiv einstellbare Schutzeinrichtung im Fahrzeug, welche auf die Leistung der Ladestation automatisch eingestellt wird. Es handelt sich um eine einstellbare Schutzvorrichtung, die es ermöglicht ein rückspeisefähiges Fahrzeug mit einer Ladeeinrichtung zusammenzuschalten und dabei die Schutzeinrichtung hinsichtlich der Stromtragfähigkeit auf das schwächste Glied (im Fahrzeug oder der Ladestation) einzustellen.
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Dies bedeutet, dass ein Fahrzeug mit beliebiger Ladeleistung mit einer beliebigen Ladestation ohne Einschränkung zusammengeschaltet werden kann. Insbesondere da sich die Ladeleistungen im Bereich der Fahrzeug-Elektromobilität dynamisch entwickeln, kommen Anwendungsfälle in Betracht, bei denen ein bestimmtes Fahrzeug von Ladevorgang zu Ladevorgang abhängig von der jeweiligen Ladestation bei einem Ladevorgang leistungsstärker oder bei einem anderen Ladevorgang leistungsschwächer als die jeweilige Ladestation ist.
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Gleichermaßen verhält es sich bei einer bestimmten Ladestation, die von Ladevorgang zu Ladevorgang abhängig von dem jeweiligen zu ladendem Fahrzeug bei einem Ladevorgang leistungsstärker oder bei einem anderen Ladevorgang leistungsschwächer als das jeweilige Fahrzeug ist.
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Die Schutzeinrichtung kann entweder im Fahrzeug, in der Ladeeinrichtung, oder bevorzugt sowohl im Fahrzeug und in der Ladestation sein. Es findet eine Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladeeinrichtung statt, um Informationen über die jeweiligen Stromtragfähigkeiten auszutauschen. Die Sicherung oder beide Sicherungen werden auf den Wert der geringsten Stromtragfähigkeit eingestellt. Die Einstellung erfolgt über jeweils einstellbare elektronische Sicherungen oder durch eine Überwachungsschaltung mit Strommessung und Betätigung von Schaltern. Die Einstellwerte können sowohl einzelne Stromwerte, als auch I-T-Kennlinien sein.
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Der Pfad der Leistungsübertragung, die Informationsquelle für die Einstellgröße und der Einstellmechanismus sind so gestaltet, dass eine Informationsverfälschung immer zur Absicherung mit dem kleinsten, sichereren Wert erfolgt.
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Insbesondere ist das Verfahren nicht auf DC-Laden beschränkt, sondern auf jedes rückspeisefähige, d.h. bidirektionales Ladeverfahren anwendbar, z.B. im Falle eines Onboard-AC-DC-Ladegerätes, bei welchem AC-Ladestrom zum Laden ins Fahrzeug übertragen wird.
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Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass die Auslegung aller im Energieübertragungspfad vorhandenen Elemente auf die jeweils systemeigenen Anforderungen ausgerichtet werden kann, da das jeweils leistungsstärkere Gegenstück (d.h. Fahrzeug oder Ladestation) auf die Leistungsgrenze des jeweilig leistungsschwächeren Gegenstück absicherbar ist. Das erspart Überauslegungen und damit Gewicht, Bauraum und Kosten bei Fahrzeugen und Ladeinfrastruktur durch dünnere und leichtere Kabelstränge. Insbesondere eine dynamische Weiterentwicklung der Ladeinfrastruktur zu höheren Leistungen schränkt die Kompatibilität von leitungsschwächeren Fahrzeugen nicht ein. Außerdem erfolgt keine Einschränkung der Ladeleistung, die durch die Auslegung des Ladesystems für Fehlerfälle (z.B. Kurzschlüsse) vorgegeben werden müsste.
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Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Gleiche Bezugszeichen stehen für gleiche technische Merkmale. Im Einzelnen zeigen schematisch
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1 System aus einem Fahrzeug und einer Ladevorrichtung...
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2 System aus einem Fahrzeug und einer Ladevorrichtung mit Fehlerfall im Teilsystem Fahrzeug
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3 System aus einem Fahrzeug und einer Ladevorrichtung mit Fehlerfall im Teilsystem Ladevorrichtung
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Die 1–3 zeigen schematisch ein Fahrzeug (1) mit einer Hochvoltbatterie (2) und einem Hochvoltbordnetz (3a, 3b; kurz HVBN). Das HVBN ist ein Gleichspannungsbordnetz mit den zwei Polaritäten (+) und (–). In das HVBN können Hochvoltverbraucher (4) integriert sein. Das Fahrzeug weist ein Ladebuchse (8). Weiterhin verfügt das Fahrzeug über eine elektronische Sicherung (S1), die von einer Steuereinheit (6) des Fahrzeugs einstellbar ist. Die Sicherung (S1) befindet sich ohne Beschränkung der Allgemeinheit innerhalb der Batterie (2). Es kann die Sicherung (S1) auch außerhalb der Batterie im Bereich des Hochvoltbordnetzes (3a, 3b) befindlich sein.
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Das Fahrzeug kann an einer fahrzeugexternen Ladestation (10) geladen werden. Die Ladestation wird von einem ggf. öffentlichen Wechselstromnetz (11) gespeist und weist einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (13) auf. Die Ladestation verfügt über eine elektronische Sicherung (S2), die von einer Steuereinheit (14) der Ladestation einstellbar ist. Weiterhin weist die Ladestation ein Ladekabel auf, an dessen einem Ende ein Ladestecker (9) befindlich ist.
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Bei einer elektronischen Sicherung übernehmen Halbleiterelemente die Aufgabe des Trennelements. Diese zeichnen sich durch schnelle Reaktion (Stromabschaltung innerhalb von Mikro-Sekunden) und einer einfachen Möglichkeit zur Einstellung der Schaltschwelle aus. Diese kann z.B. durch Vorgabe einer Schwellspannung gestellt werden. Im Fall der Ladestation bietet sich an, dass die verwendeten Halbleiterelemente auch zur Spannungswandlung mitverwendet werden, um eine Abschaltung im Kurzschlussfall zu bewerkstelligen. In diesem Fall ist die für Sicherungsmaßnahmen geforderte Funktionssicherheit für die Abschaltung sicherzustellen.
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Der Ladestecker ist mit der Ladebuchse des Fahrzeugs kompatibel und bildet mit dieser eine Ladeschnittstelle (7). Über die Ladeschnittstelle kann bei einer hergestellten Ladeverbindung elektrische Leistung in Form von zweipoliger Gleichspannung in die Hochvoltbatterie gespeist werden. Ein Ladevorgang kann von einem Lademanagement des Fahrzeugs gesteuert werden, wobei mit Schützen (5) die Ladeleitungen beschaltet werden können.
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Das HVBN ist auf einen maximalen Ladestrom, mit dem die Hochvoltbatterie geladen werden kann, ausgelegt. Dieser Strom gibt die Stromtragfähigkeit des Fahrzeugs wieder. Die Ladestation samt Ladekabel, auch als Ladevorrichtung bezeichnet, ist ebenfalls auf einen maximalen Ladestrom, der zum Laden der Batterie des Fahrzeugs ausgegeben werden kann, ausgelegt. Dieser Strom gibt die Stromtragfähigkeit der Ladestation wieder.
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Grundsätzlich sind die beiden Sicherungen (S1) und (S2) auf die Stromtragfähigkeiten der Teilsysteme eingestellt, deren Bestandteil die Sicherungen sind, d.h. die Sicherung (S1) ist auf die Stromtragfähigkeit des HVBN eingestellt und die Sicherung (S2) ist auf die Stromtragfähigkeit der Ladestation eingestellt.
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Über die Ladeschnittstelle, durch die auch eine Kommunikationsleitung zwischen der Steuereinheit des Fahrzeugs und der Steuereinheit der Ladestation bei hergestellter Ladeverbindung aufgebaut ist, können bidirektional die Werte für die jeweiligen Stromtragfähigkeiten des Teilsystems Fahrzeug und des Teilsystems Ladestation ausgetauscht werden. Letztlich ist in beiden Steuereinheiten die Stromtragfähigkeit beider Teilsysteme hinterlegt. Es wird von beiden Steuereinheiten die Auslöseschwelle der elektronischen Sicherung auf den kleineren der beiden Werte eingestellt, d.h. beide Sicherungen schützen vor einem Strom der höher ist als die kleinere Stromtragfähigkeit.
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Die vorteilhafte Wirkung ist den 2 und 3 entnehmbar. Bei einem Fehlerfall gemäß 2 bildet sich ein Kurzschluss auf Seiten des Teilsystems der Ladestation (dargestellt durch Blitzsymbol), beispielsweise im Bereich des Ladekabels. Folglich fließt kein Strom über die Sicherung der Ladestation. Stattdessen kommt es zu einem Rückfluss von Strom aus der Hochvoltbatterie über den Kurzschluss, mit dem sich die Hochvoltbatterie selbst entlädt. Ist die Stromtragfähigkeit des HVBN höher als die Stromtragfähigkeit der Ladevorrichtung verbleibt im System als einzige funktionale Sicherung die Sicherung (S1), die erfindungsgemäß auf den Wert der kleineren Stromtragfähigkeit und somit auf die Stromtragfähigkeit der Ladevorrichtung eingestellt ist. Andernfalls wäre die Sicherung auf die höhere Stromtragfähigkeit des Teilsystems Fahrzeug eingestellt, in welchem die Sicherung selbst befindlich ist, und das „schwächste Glied“ in dem Fehlerstromkreis wäre der Abschnitt des Ladekabels zwischen dem Ladestecker und dem Kurzschluss. Ein Abschmelzen des Ladekabels wäre eine denkbare Fortsetzung des Fehlerfalls. Durch die Einstellung der Sicherung (S1) wird der Fehlerfall jedoch wirkungsvoll unterbunden.
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Bei einem Fehlerfall gemäß 3 bildet sich ein Kurzschluss auf Seiten des Teilsystems des Fahrzeugs (dargestellt durch Blitzsymbol), beispielsweise im Bereich des HVBN. Folglich fließt kein Strom über die Sicherung des Fahrzeugs. Stattdessen kommt es zu einem Stromfluss über den Kurzschluss und die Hochvoltbatterie wird nicht mehr geladen. Ist die Stromtragfähigkeit der Ladevorrichtung höher als die Stromtragfähigkeit des HVBN verbleibt im System als einzige funktionale Sicherung die Sicherung (S2), die erfindungsgemäß auf den Wert der kleineren Stromtragfähigkeit und somit auf die Stromtragfähigkeit des HVBN eingestellt ist. Andernfalls wäre die Sicherung auf die höhere Stromtragfähigkeit des Teilsystems Ladevorrichtung eingestellt, in welchem die Sicherung selbst befindlich ist, und das „schwächste Glied“ in dem Fehlerstromkreis wäre der Abschnitt des HVBN zwischen der Ladebuchse und dem Kurzschluss. Ein Abschmelzen von Teilen des HVBN wäre eine denkbare Fortsetzung des Fehlerfalls. Durch die Einstellung der Sicherung (S2) wird der Fehlerfall jedoch wirkungsvoll unterbunden.
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Durch die Einstellbarkeit einer Sicherung in beiden Teilsystemen, kann ein Fahrzeug entweder an einer Ladestation geladen werden, die auf höhere Ladeströme ausgelegt ist wie das Fahrzeug, so dass die Sicherung der Ladestation auf die niedrigere Stromauslegung des Fahrzeugs beim Laden angepasst wird, oder es kann das Fahrzeug an einer Ladestation geladen werden, die auf niedrigere Ladeströme ausgelegt ist wie das Fahrzeug, so dass die Sicherung des Fahrzeugs auf die niedrigere Stromauslegung der Ladestation beim Laden angepasst wird. Mit anderen Worten kann eine Ladestation sowohl zum für Fehlerfälle abgesicherten Laden eines Fahrzeugs genutzt werden, das auf höhere oder niedrigere Ladeströme als die Ladestation ausgelegt ist. Es ergibt sich also eine maximale Interoperabilität von beliebigen ladbaren Fahrzeugen (1) und beliebigen Ladestationen (10) für das Laden gemäß 1.
