DE102018004625A1

DE102018004625A1 - Ladeverfahren und Ladevorrichtung zum Laden eines ersten und eines zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102018004625A1
Application number: DE102018004625.8A
Authority: DE
Inventors: Jens Saaro; Tomas Komljenovic
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2019-02-14

Abstract

Bei bisher bekannten Ladevorrichtungen wird lediglich das Laden eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit unterschiedlichen Lademethoden ermöglicht. Für ein möglichst effizientes Laden mehrerer elektrisch betriebener Fahrzeuge über eine Ladevorrichtung sind ein Ladeverfahren und eine Ladevorrichtung (20) zum Laden eines ersten und eines zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs bereitgestellt. Die Ladevorrichtung (20) weist dabei einen ersten und zweiten Ladeanschluss (14, 15) auf. Weiterhin ist eine Kontrolleinheit (19) mit einer ersten und zweiten Schalteinheit (9, 10) vorgesehen. Durch die erste und zweite Schalteinheit (9, 10) sind die Ladeanschlüsse (14, 15) derart ansteuerbar, dass entweder der erste Ladeanschluss (14) aktiviert und der zweite Ladeanschluss (15) deaktiviert ist, sodass ein erstes elektrisch betriebenes Fahrzeug über den ersten Ladeanschluss (14) geladen wird oder der erste Ladeanschluss (14) deaktiviert und der zweite Ladeanschluss (15) aktiviert ist, sodass ein anderes elektrisch betriebenes Fahrzeug über den zweiten Ladeanschluss (15) geladen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ladeverfahren für ein erstes und ein zweites elektrisch betriebenes Fahrzeug, wobei die Ladevorrichtung einen ersten Ladeanschluss zum Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs, sowie einen zweiten Ladeanschluss zum Laden des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Ladevorrichtung zum Laden eines ersten und eines zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei die Ladevorrichtung einen ersten Ladeanschluss zum Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs, sowie einen zweiten Ladeanschluss zum Laden des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs umfasst.
Aus der US 9,434,263 B2 ist in einer Ausführungsform ein Batterieladegerät mit mehreren Betriebsarten für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Ladegerät umfasst ein Steuergerät. Das Steuergerät ist mit einer Vielzahl von Ladesystemen elektrisch gekoppelt. Jedes Ladesystem ist dazu ausgebildet, eine erste Leistung von einer externen Energiequelle bereitzustellen und die erste Leistung in eine zweite Leistung umzuwandeln, welche dazu geeignet ist, in zumindest einer Batterie des Fahrzeugs gespeichert zu werden. Das Steuergerät ist dazu ausgebildet, ein erstes Ladesystem der Vielzahl aus Ladesystemen zu aktivieren, um die erste Leistung bereitzustellen, in Abhängigkeit von einer Prioritätsrangfolge, für den Fall, dass gleichzeitig zwei oder mehrere der Vielzahl an Ladesystemen jeweils bestimmt wurden, um die erste Leistung an das Fahrzeug bereitzustellen. Nachteilig bei der bekannten Ausführungsform eines Batterieladegeräts ist, dass lediglich ein Fahrzeug über das Batterieladegerät geladen werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Laden mehrerer elektrisch betriebener Fahrzeuge über eine Ladevorrichtung möglichst effizient zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
Durch die Erfindung ist ein Ladeverfahren für ein erstes und ein zweites elektrisch betriebenes Fahrzeug bereitgestellt, wobei die Ladevorrichtung einen ersten Ladeanschluss zum Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs sowie einen zweiten Ladeanschluss zum Laden des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs umfasst. Weiterhin umfasst das Ladeverfahren auch das Erfassen eines ersten Zustandssignals des ersten Ladeanschlusses, das Aktivieren des ersten Ladeanschlusses in Abhängigkeit von dem ersten Zustandssignal, gleichzeitig das Deaktivieren des zweiten Ladeanschlusses und dadurch das Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs über den ersten Ladeanschluss.
Mit anderen Worten ist also ein Ladeverfahren für zumindest zwei elektrisch betriebene Fahrzeuge bereitgestellt. Das heißt, das Ladeverfahren ermöglicht das Laden von mindestens zwei, oder mehr als zwei, zum Beispiel vier elektrisch betriebenen Fahrzeugen über eine Ladevorrichtung. Die Ladevorrichtung weist dabei zumindest zwei Ladeanschlüsse, also mindestens zwei Ladeanschlüsse, zum Beispiel vier Ladeanschlüsse, zum Laden der zumindest zwei elektrisch betriebenen Fahrzeuge auf. Weist die Ladevorrichtung im einfachsten Fall zwei Ladeanschlüsse auf, also einen ersten und einen zweiten Ladeanschluss, umfasst das erfindungsgemäße Ladeverfahren folgende Schritte: Zuerst wird ein erstes Zustandssignal des ersten Ladeanschlusses erfasst. Aufgrund des Zustandssignals, also beispielsweise der Ausprägung des Zustandssignals wird dann der erste Ladeanschluss aktiviert und gleichzeitig auch der zweite Ladeanschluss deaktiviert. Somit wird das erste elektrisch betriebene Fahrzeug, welches an dem ersten Ladeanschluss elektrisch gekoppelt ist, geladen. Während also das erste elektrisch betriebene Fahrzeug über den ersten Ladeanschluss geladen wird, wird der zweite Ladeanschluss deaktiviert und das zweite elektrisch betriebene Fahrzeug, welches an den zweiten Ladeanschluss gekoppelt ist, kann derweil nicht geladen werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass mehrere elektrisch betriebene Fahrzeuge über eine Ladevorrichtung effizient geladen werden. Des Weiteren wird der Wirkungsgrad zum Laden der einzelnen Fahrzeuge verbessert, da beispielsweise das erste elektrisch betriebene Fahrzeug mit der gesamten zum Laden zu Verfügung stehenden Leistung bzw. elektrischen Energie der Ladevorrichtung geladen werden kann. Auch ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine einfache technische Umsetzung zum Laden von mehreren elektrisch betriebenen Fahrzeugen über eine Ladevorrichtung, insbesondere bei geringer Anzahl an Ladeanschlüssen, z.B. bei zwei Ladeanschlüssen. Durch die einfache technische Umsetzbarkeit kann sich auch ein geringer Kostenaufwand für Umsetzung ergeben.
Ein elektrisch betriebenes Fahrzeug kann dabei beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein. Die genannte Ladevorrichtung kann beispielsweise als stationäre oder mobile Ladevorrichtung realisiert sein. Denkbar wäre auch, dass die Ladevorrichtung als Wandladestation mit mehreren Ladeanschlüssen, also als sogenannte Multiport-Wallbox ausgebildet ist. Zusätzlich kann die Ladevorrichtung Gleichstrom (DC, kurz für Direct Current) oder Wechselstrom (AC, kurz für Alternating Current) oder Drehstrom zum Laden der zumindest zwei elektrisch betriebenen Fahrzeuge bereitstellen. Folglich ist sowohl einphasiges, aber auch dreiphasiges Laden der elektrisch betriebenen Fahrzeuge möglich. Des Weiteren kann die Ladevorrichtung auch zum konduktiven oder induktiven Laden der elektrisch betriebenen Fahrzeuge ausgebildet sein.
Das erfasste Zustandssignal des ersten Ladeanschlusses kann beispielsweise als DC-Signal oder AC-Signal vorliegen. Über die Ausprägung des Zustandssignals, also beispielsweise den Pegel oder die Pulsweite, kann festgestellt werden, ob ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit dem Ladeanschluss gekoppelt ist. Dies gilt auch für alle im Folgenden genannten Zustandssignale. Die genannten Ladeanschlüsse können beispielsweise als Stecker oder Buchse ausgebildet sein. Entsprechend der IEC 62196 können die Ladeanschlüsse zum Beispiel als Typ-1 Ladeanschlüsse zum einphasigen Laden oder Typ-2 Ladeanschlüsse zum dreiphasigen Laden ausgebildet sein. Auch andere Typen von Ladeanschlüssen, wie beispielsweise ein Chademo-Ladeanschluss oder ein Combo-Ladeanschluss sind denkbar.
Insbesondere kann erfindungsgemäß nach dem First-Come-Fist-Serve Prinzip (englisch für: den Ersten zuerst bedienen) geladen werden. Das heißt, dass ein Fahrzeug (z.B. das erste elektrisch betriebene Fahrzeug) das zuerst mit der Ladevorrichtung gekoppelt wird, auch zuerst geladen wird und ein Fahrzeug (z.B. das zweite elektrisch betriebene Fahrzeug) das zeitlich nach ersten Fahrzeug mit der Ladevorrichtung gekoppelt wird, wird solange nicht geladen, bis der Ladevorgang des ersten Fahrzeugs beispielsweise beendet ist, oder abgebrochen wird.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Ladeverfahren auch das Erfassen eines zweiten Zustandssignals des zweiten Ladeanschlusses, das Deaktivieren des ersten Ladeanschlusses in Abhängigkeit von einem Ladezustand des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs und gleichzeitig das Aktivieren des zweiten Ladeanschlusses in Abhängigkeit von dem zweiten Zustandssignal, und dadurch das Laden des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs über den zweiten Ladeanschluss umfasst.
Mit anderen Worten wird in einem nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens ein zweites Zustandssignal, das heißt beispielsweise die Ausprägung des zweiten Zustandssignals, des zweiten Ladeanschlusses erfasst. Im nächsten Schritt wird dann der erste Ladeanschluss aufgrund eines Ladezustands des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs deaktiviert. Gleichzeitig wird der zweite Ladeanschluss aktiviert, wodurch wiederum das zweite elektrisch betriebene Fahrzeug, welches mit dem zweiten Ladeanschluss elektrisch gekoppelt ist, geladen wird. Ist also der Ladevorgang des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs beendet oder wird der Ladevorgang des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs beispielsweise abgebrochen, wird der erste Ladeanschluss deaktiviert und der zweite Ladeanschluss aktiviert. Das heißt, dass, falls ein zweites elektrisch betriebenes Fahrzeug über den zweiten Ladeanschluss gerade geladen wird, ist der erste Ladeanschluss gleichzeitig deaktiviert und ein ersten elektrisch betriebenes Fahrzeug, welches an den ersten Ladeanschluss gekoppelt ist, wird nicht geladen.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass unabhängig von einem jeweiligen Nutzer der elektrisch betriebenen Fahrzeuge mehrere elektrisch betriebene Fahrzeuge sequenziell, das heißt nacheinander über eine Ladevorrichtung geladen werden können. Dabei kann beispielsweise zuerst ein erstes elektrisch betriebenes Fahrzeug geladen werden, bis ein elektrischer Energiespeicher, zum Beispiel eine Batterie, des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs vollgeladen ist und im Anschluss ein zweites elektrisch betriebenes Fahrzeugs geladen werden, bis ein elektrischer Energiespeicher des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs vollgeladen ist. Ein Eingreifen, das heißt beispielsweise ein manuelles Umstecken eines Ladeanschlusses der Ladevorrichtung zum Laden des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wie es bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Ladevorrichtung nötig wäre, ist hier nicht nötig. Die intelligente Ansteuerung und der Ladeanschlüsse ermöglicht ein automatisches Umschalten, das heißt ein Aktivieren oder Deaktivieren der Ladeanschlüsse, sodass zumindest zwei elektrisch betriebene Fahrzeuge automatisch nacheinander über eine Ladevorrichtung geladen werden können.
Der genannte Ladezustand des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs kann dabei beispielsweise durch ein DC-Signal oder ein AC-Signal von dem elektrisch betriebenen Fahrzeug an die Ladevorrichtung übertragen werden. Durch dieses Signal kann festgestellt werden, ob das erste elektrisch betriebene Fahrzeug weiter geladen werden soll, oder ob beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs vollgeladen ist und der Ladevorgang für das erste elektrisch betriebene Fahrzeug deshalb beendet werden kann. Wie zuvor erwähnt kann auch das erfasste zweite Zustandssignal des zweiten Ladeanschlusses als DC-Signal oder AC-Signal vorliegen. Beispielsweise über die Ausprägung des Zustandssignals, also etwa den Pegel oder die Pulsweite, kann festgestellt werden, ob ein zweites elektrisch betriebenes Fahrzeug mit dem zweiten Ladeanschluss gekoppelt ist.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladevorgangs sieht vor, dass das Deaktivieren des jeweiligen Ladeanschlusses in Abhängigkeit von dem entsprechenden Zustandssignal erfolgt, wobei das erste und das zweite Zustandssignal kontinuierlich aktualisiert werden.
Mit anderen Worten wird der erste Ladeanschluss in Abhängigkeit von dem ersten Zustandssignal deaktiviert und der zweite Ladeanschluss in Abhängigkeit von dem zweiten Zustandssignal deaktiviert. Beide Zustandssignale werden dabei laufend aktualisiert, das heißt das Zustandssignal wird beispielsweise jede ms oder jede s abgefragt und somit kontinuierlich von der Ladevorrichtung zum Beispiel als AC- oder DC-Signal erfasst.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch während des Ladevorgangs dauerhaft verfolgt werden kann, ob die elektrisch betriebenen Fahrzeuge noch mit der Ladevorrichtung gekoppelt sind. Falls nämlich der Ladevorgang des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs beispielsweise abgebrochen wird, da das erste elektrisch betriebene Fahrzeug während des Ladens des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs von der Ladevorrichtung getrennt wird, kann anschließend sofort das zweite elektrisch betriebene Fahrzeug über die Ladevorrichtung geladen werden.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens sieht vor, dass das Aktivieren des jeweiligen Ladeanschlusses nur dann erfolgt, wenn das entsprechende Zustandssignal eine erfolgreiche elektrische Kopplung des jeweiligen Ladeanschlusses mit dem entsprechenden elektrisch betriebenen Fahrzeug repräsentiert.
Mit anderen Worten wird der erste Ladeanschluss nur dann aktiviert, wenn beispielsweise aufgrund der Ausprägung des ersten Zustandssignals sichergestellt ist, dass das erste elektrisch betriebene Fahrzeug mit dem ersten Ladeanschluss elektrisch gekoppelt ist. Entsprechend wird der zweite Ladeanschluss nur dann aktiviert, wenn beispielsweise durch die Ausprägung des zweiten Zustandssignals sichergestellt ist, dass das zweite elektrisch betriebene Fahrzeug mit dem zweiten Ladeanschluss elektrisch gekoppelt ist.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass sichergestellt wird, dass die Anschlüsse der Ladevorrichtung nicht aktiviert werden, wenn kein elektrisch betriebenes Fahrzeug an einen der Anschlüsse angeschlossen ist.
Durch die Erfindung ist auch eine Ladevorrichtung zum Laden eines ersten und eines zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs bereitgestellt, wobei die Ladevorrichtung einen ersten Ladeanschluss zum Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs sowie einen zweiten Ladeanschluss zum Laden des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs umfasst. Insbesondere umfasst die Ladevorrichtung dabei eine Kontrolleinheit, die dazu ausgebildet ist, ein erstes Zustandssignal des ersten Ladeanschlusses zu erfassen, den ersten Ladeanschluss in Abhängigkeit von dem ersten Zustandssignal zu aktivieren und gleichzeitig den zweiten Ladeanschluss zu deaktivieren, um das erste elektrisch betriebene Fahrzeug über den ersten Ladeanschluss zu laden.
Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß auch eine Ladevorrichtung zum Laden eines ersten und eines zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs bereitgestellt. Die Ladevorrichtung weist dabei einen ersten Ladeanschluss auf, welcher mit einem ersten elektrisch betriebenen Fahrzeug gekoppelt ist, sowie einen zweiten Ladeanschluss, welcher mit einem zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeug gekoppelt ist. Somit kann das erste elektrisch betriebene Fahrzeug über den ersten Ladeanschluss geladen werden und das zweite elektrisch betriebene Fahrzeug über den zweiten Ladeanschluss geladen werden. Des Weiteren ist auch eine Kontrolleinheit vorgesehen. Neben dem Erfassen eines ersten Zustandssignals des ersten Ladeanschlusses gehört zu den Aufgaben der Kontrolleinheit auch das Aktivieren des ersten Ladeanschlusses aufgrund beispielsweise einer Ausprägung des ersten Zustandssignals. Gleichzeitig zum Aktivieren des ersten Ladeanschlusses ist dje Kontrolleinheit außerdem dazu eingerichtet, den zweiten Ladeanschluss zu deaktivieren, wodurch das Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs über den ersten Ladeanschluss ermöglicht wird.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass mehrere elektrisch betriebene Fahrzeuge sequenziell über eine Ladevorrichtung effizient geladen werden können. Durch die intelligente Ansteuerung und Verschaltung der Ladeanschlüsse wird außerdem der Wirkungsgrad zum Laden der einzelnen Fahrzeuge verbessert, da beispielsweise das erste elektrisch betriebene Fahrzeug mit der gesamten zum Laden zu Verfügung stehenden Leistung bzw. elektrischen Energie der Ladevorrichtung geladen werden kann. Auch ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine einfache technische Umsetzung zum Laden von mehreren elektrisch betriebenen Fahrzeugen über eine Ladevorrichtung, insbesondere bei geringer Anzahl an Ladeanschlüssen, z.B. bei zwei Ladeanschlüssen. Durch die einfache technische Umsetzbarkeit kann sich auch ein geringer Kostenaufwand für Umsetzung ergeben.
Ein elektrisch betriebenes Fahrzeug kann beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein. Die genannte Ladevorrichtung kann beispielsweise als stationäre oder mobile Ladevorrichtung realisiert sein. Denkbar wäre auch, dass die Ladevorrichtung als Wandladestation mit mehreren Ladeanschlüssen, also als sogenannte Multiport-Wallbox ausgebildet ist. Zusätzlich kann die Ladevorrichtung Gleichstrom (DC, kurz für Direct Current) oder Wechselstrom (AC, kurz für Alternating Current) oder Drehstrom zum Laden der zumindest zwei elektrisch betriebenen Fahrzeuge bereitstellen. Folglich ist sowohl einphasiges, aber auch dreiphasiges Laden der elektrisch betriebenen Fahrzeuge möglich. Des Weiteren kann die Ladevorrichtung auch zum konduktiven oder induktiven Laden der elektrisch betriebenen Fahrzeuge ausgebildet sein.
Das erfasste Zustandssignal des ersten Ladeanschlusses kann beispielsweise als DC-Signal oder AC-Signal vorliegen. Über die Ausprägung des Zustandssignals, also beispielsweise den Pegel oder die Pulsweite, kann festgestellt werden, ob ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit dem Ladeanschluss gekoppelt ist. Dies gilt auch für alle im Folgenden genannten Zustandssignale. Die genannten Ladeanschlüsse können beispielsweise als Stecker oder Buchse ausgebildet sein. Entsprechend der IEC 62196 können die Ladeanschlüsse zum Beispiel als Typ-1 Ladeanschlüsse zum einphasigen Laden oder Typ-2 Ladeanschlüsse zum dreiphasigen Laden ausgebildet sein. Auch andere Typen von Ladeanschlüssen, wie beispielsweise ein Chademo-Ladeanschluss oder ein Combo-Ladeanschluss sind denkbar.
Insbesondere kann erfindungsgemäß nach dem First-Come-Fist-Serve Prinzip (englisch für: den Ersten zuerst bedienen) geladen werden. Das heißt, dass ein Fahrzeug (z.B. das erste elektrisch betriebene Fahrzeug) das zuerst mit der Ladevorrichtung gekoppelt wird, auch zuerst geladen wird und ein Fahrzeug (z.B. das zweite elektrisch betriebene Fahrzeug) das zeitlich nach ersten Fahrzeug mit der Ladevorrichtung gekoppelt wird, wird solange nicht geladen, bis der Ladevorgang des ersten Fahrzeugs beispielsweise beendet ist, oder abgebrochen wird.
Zu der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Ladevorrichtung weiterhin eine erste Schalteinheit als Komponente der Kontrolleinheit, mit einem ersten Hauptschaltelement, einem zweiten Hauptschaltelement, einem ersten Hilfsschaltelement und einem zweiten Hilfsschaltelement, und die zweite Schalteinheit als Komponente der Kontrolleinheit, mit einem dritten Hauptschaltelement, einem vierten Hauptschaltelement, einem dritten Hilfsschaltelement und einem vierten Hilfsschaltelement umfasst, wobei die Kontrolleinheit dazu ausgebildet ist, die erste Schalteinheit zum Aktivieren des ersten Ladeanschlusses zu steuern und die zweite Schalteinheit zum Deaktivieren des zweiten Ladeanschlusses zu steuern.
Mit anderen Worten weist die erfindungsgemäße Ladevorrichtung also eine erste Schalteinheit mit einer Vielzahl von Schaltelementen, nämlich einem ersten und einem zweiten Hauptschaltelement und einem ersten und einem zweiten Hilfsschaltelement auf. Weiterhin ist auch eine zweite Schalteinheit mit einer Vielzahl von Schaltelementen, nämlich einem dritten und einem vierten Hauptschaltelement sowie einem dritten und einem vierten Hilfsschaltelement vorgesehen. Die erste und die zweite Schalteinheit sind dabei Komponenten der Kontrolleinheit. Zum Aktivieren des ersten Ladeanschlusses ist nun die Kontrolleinheit dazu eingerichtet, die erste Schalteinheit, insbesondere die Schaltelemente der ersten Schalteinheit, zu steuern. Ebenfalls ist die Kontrolleinheit dazu eingerichtet, zum Deaktivieren des zweiten Ladeanschlusses die zweite Schalteinheit, insbesondere die Schaltelemente der zweiten Schalteinheit, zu steuern.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch intelligentes Schalten der Schalteinheiten, also auch der Schaltelemente der Schalteinheiten, immer nur ein Ladeanschluss aktiv ist, während die übrigen Ladeanschlüsse deaktiviert sind, wodurch jeweils eines von mehreren angeschlossenen elektrisch betriebenen Fahrzeugen über die Ladevorrichtung mit maximal zum Laden zur Verfügung stehenden elektrischen Energie bzw. Leistung der Ladevorrichtung geladen werden kann.
Die genannten Schaltelemente, also die Hauptschaltelemente und die Hilfsschaltelemente, können dabei beispielsweise als Schaltschütz, als Halbleiterschalter oder als Relais ausgebildet sein. Die erste und die zweite Schalteinheit können beispielsweise mittels eine jeweilige Spule aufweisen, welche derart steuerbar ist, dass die zugehörigen Schaltelemente der ersten und zweiten Schalteinheit geöffnet oder geschlossen werden, wodurch ein Stromfluss ermöglicht oder unterbrochen wird.
Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten analog auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Weiterhin umfasst die Erfindung auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung der Schaltzustände der Ladevorrichtung während des Ladens eines ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs über einen ersten Ladeanschluss, während der zweite Ladeanschluss deaktiviert ist.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In der Fig. bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
Die einzige Fig. zeigt eine Ladevorrichtung 20 für ein erstes und ein zweites elektrisch betriebenes Fahrzeug (in der Fig. nicht dargestellt). Die Ladevorrichtung 20 weist dabei einen ersten Ladeanschluss 14 und einen zweiten Ladeanschluss 15 sowie eine Kontrolleinheit 19 auf. Das Bereitstellen von elektrischer Energie an das erste und das zweite elektrisch betriebene Fahrzeug kann über drei elektrische Leitungen, nämlich den Außenleiter L, den Neutralleiter N und den Potentialausgleich PE erfolgen.
Der erste Ladeanschluss 14 und der zweite Ladeanschluss 15 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Typ 1-Steckverbinder mit jeweils fünf elektrischen Leitern zum einphasigen Laden mit Wechselstrom (AC) für elektrisch betriebene Fahrzeuge, zum Beispiel Elektroautos oder Hybridfahrzeuge, ausgebildet. Drei der jeweils fünf elektrischen Leiter je Ladeanschluss 14 und 15, nämlich die Neutralleiter N1 und N2, der Potentialausgleich PE1 und PE2 und die Außenleiter L1 und L2 sind über die Kontrolleinheit 19 mit dem Neutralleiter N, dem Potentialausgleich PE und dem Außenleiter L elektrisch verbunden. Die jeweils zwei anderen Leiter der jeweils fünf elektrischen Leiter des ersten und zweiten Ladeanschlusses 14 und 15, nämlich die Signalleiter PP1 und PP2 sowie die Kommunikationsleiter CP1 und CP2 dienen der Kommunikation der elektrisch betriebenen Fahrzeuge mit der Ladevorrichtung 20.
Über die Kommunikationsleiter CP1 und CP2 wird dabei beispielsweise ein jeweiliges Zustandssignal des jeweils mit dem ersten und zweiten Ladeanschluss 14 und 15 gekoppelten elektrisch betriebenen Fahrzeugs gewonnen. Fällt beispielsweise zwischen dem Kommunikationsleiter CP1 und dem Potentialausgleich PE1 eine Spannung von 12 V ab, ist kein Fahrzeug an die Ladevorrichtung 20 gekoppelt. Fallen hingegen 9 V ab, ist ein Fahrzeug an die Ladevorrichtung 20 gekoppelt, und fallen 6 V ab, ist ein Fahrzeug an die Ladevorrichtung 20 gekoppelt und das Fahrzeug ist bereit, geladen zu werden. Analog gilt dies für den Kommunikationsleiter CP2 und den Potentialausgleich PE2. Über die Signalleiter PP1 und PP2 wird in ähnlicher Weise wie bei den Kommunikationsleitern CP1 und CP2 der maximal mögliche Ladestrom eines angeschlossenen elektrisch betriebenen Fahrzeugs an die Ladevorrichtung 20 rückgemeldet. Dazu ist in jedem Signalleiter PP1 und PP2 ein wechselbarer Widerstand R vorgesehen, über den die Spannung zwischen dem jeweiligen Signalleiter PP1 und PP2 und dem zugehörigen Potentialausgleich PE1 und PE2 je nach maximal möglichem Ladestrom verändert werden kann.
Anstelle einer Ausbildung als Typ 1-Steckverbinder der Ladeanschlüsse 14 und 15 wäre alternativ auch ein Typ 2-Steckverbinder zum dreiphasigen Laden denkbar. Auch könnte in einem anderen Ausführungsbeispiel ein elektrisch betriebenes Fahrzeug anstelle von AC mit Gleichstrom (DC) über mittels des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens geladen werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel könnte anstatt konduktiv auch kabellos, das heißt induktiv, ein elektrisch betriebenes Fahrzeug geladen werden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Ladevorrichtung 20 in der einzigen Fig. sind außerdem Schutzschalter, nämlich ein Fehlerstromschutzschalter FI und die Leistungsschutzschalter LS1, LS2 vorgesehen. Der Fehlerstromschutzschalter FI kann dabei Fehlerströme zwischen dem Außenleiter L und dem Neutralleiter N erkennen und mithilfe einer Spule EI die Schalter 16 öffnen und die elektrische Energieversorgung unterbrechen. Die Leitungsschutzschalter LS1 und LS2 können beispielsweise als strombegrenzende Selbstschalter ausgebildet sein, welche beispielsweise bei Überlast mithilfe einer jeweiligen Spule EI die jeweiligen Schalter 16 öffnen und so den Stromfluss in den Außenleitern L1 und L2 unterbrechen. Der Leitungsschutzschalter LS1 kann dabei beispielsweise bei einer Überlast, also bei einem Strom größer 6 A, auslösen und die Leitungsschutzschalter LS2 können beispielsweise erst ab einer Überlast, das heißt einem Strom größer als 16 A, auslösen.
In der einzigen Figur ist außerdem die Kontrolleinheit 19 dargestellt. Die Kontrolleinheit 19 ist erfindungsgemäß dazu ausgebildet, ein erstes Zustandssignal des ersten Ladeanschlusses 14 zu erfassen, den ersten Ladeanschluss 14 in Abhängigkeit von dem ersten Zustandssignal zu aktivieren und gleichzeitig den zweiten Ladeanschluss 15 zu deaktivieren, um das erste elektrisch betriebene Fahrzeug über den ersten Ladeanschluss 14 zu laden.
Dazu weist die Kontrolleinheit 19 eine erste Kontrolleinrichtung 11, eine zweite Kontrolleinrichtung 13 sowie ein 12V-Netzteil 12 auf. Weiterhin umfasst die Kontrolleinheit 19 auch eine erste Schalteinheit 9 und eine zweite Schalteinheit 10. Die erste Schalteinheit 9 weist dabei eine Spule EI zum Schalten, das heißt zum Öffnen oder Schließen, des ersten Hauptschaltelements 1, des zweiten Hauptschaltelements 2, des ersten Hilfsschaltelements 3 und des zweiten Hilfsschaltelements 4 der ersten Schalteinheit 9 auf. Analog dazu weist auch die zweite Schalteinheit 10 eine Spule EI zum Schalten, das heißt zum Öffnen oder Schließen, des dritten Hauptschaltelements 5, des vierten Hauptschaltelements 6, des dritten Hilfsschaltelements 7 und des vierten Hilfsschaltelements 8 der zweiten Schalteinheit 10 auf.
Die erste und zweite Kontrolleinrichtung 11 und 13 der Kontrolleinheit 19 sind über den Fehlerstromschutzschalter FI an dem Neutralleiter N und dem Außenleiter L angeschlossen. Weiterhin befindet sich in dem Außenleiter L auch der Leitungsschutzschalter LS1. Für die Erdung sind die beiden Kontrolleinrichtungen 11 und 13 an den Potentialausgleich PE angeschlossen. Analog ist auch das 12-V-Netzteil 12 über den Leistungsschutzschalter LS1 mit dem Außenleiter L, über den Fehlerstromschutzschalter FI mit dem Neutralleiter N und mit dem Potentialausgleich PE verbunden.
Des Weiteren ist die erste Kontrolleinrichtung 11 über den Steuerleiter S1 mit der ersten Schalteinheit 9, insbesondere mit der Spule EI, zum Schalten der Schaltelemente der ersten Schalteinheit 9 verbunden. Weiterhin ist die erste Kontrolleinrichtung 11 auch über den Kommunikationsleiter CP1 mit der zweiten Schalteinheit 10, insbesondere mit dem vierten Hilfsschaltelement 8, verbunden. Die zweite Kontrolleinrichtung 13 ist über den Steuerleiter S2 mit der zweiten Schalteinheit 10, insbesondere mit der Spule EI, zum Schalten der Schaltelemente der Schalteinheit 10 verbunden. Des Weiteren ist die zweite Kontrolleinrichtung 13 über den Kommunikationsleiter CP2 mit der ersten Schalteinheit 9, insbesondere mit dem zweiten Hilfsschaltelement 4, verbunden. Das 12-V-Netzteil 12 ist über den Versorgungsleiter V jeweils über einen Widerstand R mit der ersten Schalteinheit 9, insbesondere mit dem ersten Hilfsschaltelement 3, und der zweiten Schalteinheit 10, insbesondere dem dritten Schaltelement 7, verbunden.
Die erste Schalteinheit 9, insbesondere das erste Hauptschaltelement 1, ist einerseits über einen ersten Leitungsschutzschalter LS2 mit dem Außenleiter L und dem Neutralleiter N verbunden. Andererseits ist die erste Schalteinheit 9, insbesondere das erste Hauptschaltelement 1, über die zweite Schalteinheit 10, insbesondere das vierte Hauptschaltelement 6, mit dem ersten Ladeanschluss 14, insbesondere dem Außenleiter L1 und dem Neutralleiter N1, verbunden. Weiterhin ist die erste Schalteinheit 9, insbesondere das erste Hilfsschaltelement 3 und das zweite Hilfsschaltelement 4, mit dem Kommunikationsleiter CP2 des zweiten Ladeanschlusses 15 verbunden. Dabei sind die beiden Hilfsschaltelemente 3 und 4 parallel geschaltet und derart schaltbar, dass entweder die zweite Kommunikationseinrichtung 13 über den Kommunikationsleiter CP2 mit dem zweiten Ladeanschluss 15 verbunden werden kann, oder das 12-V-Netzteil 12 über den Versorgungsleiter V und den jeweiligen Widerstand R mit dem Kommunikationsleiter CP2 des zweiten Ladeanschlusses 15 verbunden werden kann.
Die zweite Schalteinheit 10, insbesondere das dritte Hauptschaltelement 5, ist einerseits ebenfalls über einen zweiten Leitungsschutzschalter LS2 mit dem Außenleiter L und dem Neutralleiter N verbunden. Andererseits ist die zweite Schalteinheit 10, insbesondere das dritte Hauptschaltelement 5, auch über die erste Schalteinheit 9, insbesondere das zweite Hauptschaltelement 2, mit dem zweiten Ladeanschluss 15, insbesondere dem Außenleiter L2 und dem Neutralleiter N2, verbunden. Weiterhin ist die zweite Schalteinheit 10, insbesondere das dritte Hilfsschaltelement 7 und das vierte Hilfsschaltelement 8, welche zueinander parallel geschaltet sind, mit dem Kommunikationsleiter CP1 des ersten Ladeanschlusses 14 verbunden. Dabei sind die beiden Hilfsschaltelemente 7 und 8 derart schaltbar, dass entweder die erste Kommunikationseinrichtung 11 über den Kommunikationsleiter CP1 mit dem ersten Ladeanschluss 14 verbunden werden kann, oder das 12-V-Netzteil 12 über den Versorgungsleiter V und den jeweiligen Widerstand R mit dem Kommunikationsleiter CP1 des ersten Ladeanschlusses 14 verbunden werden kann.
Dem in der einzigen Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel kann folgende Situation beispielhaft zugrunde liegen. Zwei elektrisch betriebene Fahrzeuge (in der Fig. nicht dargestellt) werden über den ersten und den zweiten Ladeanschluss 14 und 15 an die Ladevorrichtung 20 angeschlossen. Dabei wird das erste elektrisch betriebene Fahrzeug zeitlich vor dem zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeug an den ersten Ladeanschluss 14 angeschlossen und anschließend das zweite elektrisch betriebene Fahrzeug an den zweiten Ladeanschluss 15 angeschlossen. Die Ladevorrichtung 20 kann beispielsweise nach dem First-Come-First-Serve-Prinzip arbeiten, wodurch das Fahrzeug, das zuerst an einem der Ladeanschlüsse 14 und 15 angeschlossen wurde, auch zuerst geladen wird. Entsprechend wird also das erste elektrisch betriebene Fahrzeug über den ersten Ladeanschluss 14 zuerst geladen.
Zum Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs über den ersten Ladeanschluss 14 können zunächst alle Schutzschalter, nämlich der Fehlerschutzstromschalter FI und die Leitungsschutzschalter LS1 und LS2 geschlossen werden. Außerdem kann die erste Kontrolleinrichtung 11 die erste Schalteinheit 9 derart ansteuern, dass das erste Hauptschaltelement 1 geschlossen ist, das zweite Hauptschaltelement 2 geöffnet ist, das erste Hilfsschaltelement 3 geschlossen ist und das zweite Hilfsschaltelement 4 geöffnet ist. Durch das Öffnen des zweiten Hauptschaltelements 2 kann somit die Verbindung zwischen dem Außenleiter L und dem Neutralleiter N und dem Außenleiter L2 und dem Neutralleiter N2 des zweiten Ladeanschlusses getrennt werden. Es steht keine elektrische Energie bzw. Leistung zum Laden des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs, welches an den zweiten Ladeanschluss 15 gekoppelt ist, zur Verfügung. Zusätzlich kann aufgrund des geschlossenen ersten Hilfsschaltelements 3 das 12-V-Netzteil 12 über den jeweiligen Widerstand mit dem Kommunikationsleiter CP2 des zweiten Ladeanschlusses 15 verbunden werden. Erzeugt das 12V-Netzteil 12 beispielsweise eine Gleichspannung von 12 V und weist der Widerstand beispielsweise einen Wert von 1 kΩ auf, repräsentiert das resultierende Signal an dem Kommunikationsleiter CP2 des zweiten Ladeanschlusses 15, dass über den zweiten Ladeanschluss 15 derzeit keine elektrische Energie bzw. Leistung für das Laden des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs zur Verfügung steht. Das zweite elektrisch betriebene Fahrzeug kann jedoch über den zweiten Ladeanschluss zu einem späteren Zeitpunkt geladen werden.
Gleichzeitig kann die zweite Kontrolleinrichtung 13 die zweite Schalteinheit 10 derart ansteuern, dass das dritte Hauptschaltelement 5 geöffnet ist, das vierte Hauptschaltelement 6 geschlossen ist, das dritte Hilfsschaltelement 7 geöffnet ist und das vierte Hilfsschaltelement 8 geschlossen ist. Da das dritte Hauptschaltelement 5 mit dem zweiten Hauptschaltelement 2 verbunden ist und beide Hauptschaltelemente 2 und 5 geöffnet sind, steht somit über den Neutralleiter N2 und den Außenleiter L2 des zweiten Ladeanschlusses 15 keine elektrische Energie bzw. Leistung zum Laden des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs zur Verfügung. Da jedoch das vierte Hauptschaltelement 6 und das erste Hauptschaltelement 1 geschlossen sind, sind der Neutralleiter L1 und der Außenleiter L1 des ersten Ladeanschlusses 14 mit dem Neutralleiter N und dem Außenleiter L verbunden, sodass elektrische Energie bzw. Leistung zum Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs über den ersten Ladeanschluss 14 bereitgestellt werden kann. Da bei der zweiten Schalteinheit 10 zusätzlich das dritte Hilfsschaltelement 7 geöffnet und das vierte Hilfsschaltelement 8 geschlossen ist, ist die erste Kontrolleinrichtung 11 über den Kommunikationsleiter CP1 mit dem ersten Ladeanschluss verbunden. Das resultierende Signal, welches von der Ladevorrichtung 20 über den ersten Ladeanschluss 14 an das erste elektrisch betriebene Fahrzeug bereitgestellt wird, gibt dann beispielsweise an, dass der erste Ladeanschluss 14 zum Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs zur Verfügung stehen kann. Das Signal, das dann zwischen dem Kommunikationsleiter CP1 und dem Potentialausgleich PE 1 erzeugt wird, kann beispielsweise ein 9-V-AC-Signal sein.
Durch diese Art der Verschaltung der einzelnen Schaltelemente der ersten und der zweiten Schalteinheit 9 und 10 kann somit der erste Ladeanschluss 14 aktiviert und gleichzeitig der zweite Ladeanschluss 15 deaktiviert werden. Das erste elektrisch betriebene Fahrzeug, das an den ersten Ladeanschluss 14 gekoppelt ist, kann somit geladen werden, während der Ladevorgang für das zweite elektrisch betriebene Fahrzeug, das an den zweiten Anschluss 15 gekoppelt ist, pausiert sein kann. Ist nun das erste elektrisch betriebene Fahrzeug beispielsweise vollgeladen oder wird der Ladevorgang des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs abgebrochen, kann sofort der erste Ladeanschluss 14 deaktiviert werden und im Anschluss der zweite Ladeanschluss 15 aktiviert werden. Dazu können die Schaltelemente der ersten Schalteinheit 9 von der ersten Kontrolleinrichtung 11 derart angesteuert werden, dass das erste Hauptschaltelement 1 geöffnet ist, das zweite Hauptschaltelement geschlossen ist, das erste Hilfsschaltelement geöffnet ist und das zweite Hilfsschaltelement geschlossen ist. Gleichzeitig können die Schaltelemente der zweiten Schalteinheit 10 von der zweiten Kontrolleinrichtung 13 derart angesteuert werden, dass das dritte Hauptschaltelement 5 geschlossen ist, das vierte Hauptschaltelement 6 geöffnet ist, das dritte Hilfsschaltelement 7 geschlossen ist und das vierte Hilfsschaltelement 8 geöffnet ist. Folglich steht an dem ersten Ladeanschluss 14 dann keine elektrische Energie bzw. Leistung zum Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs mehr zur Verfügung und das zweite elektrisch betriebene Fahrzeug kann über den zweiten Ladeanschluss geladen werden.
In einem anderen als in der Fig. gezeigtem Ausführungsbeispiel können auch beide Ladeanschlüsse 14 und 15 deaktiviert werden. Dabei können die Schaltelemente der ersten Schalteinheit 9 von der ersten Kontrolleinrichtung 11 derart angesteuert werden, dass beispielsweise das erste Hauptschaltelement 1 geschlossen ist, das zweite Hauptschaltelement 2 geöffnet ist, das erste Hilfsschaltelement 3 geschlossen ist und das zweite Hilfsschaltelement 4 geöffnet ist. Gleichzeitig können die Schaltelemente der zweiten Schalteinheit 10 von der zweiten Kontrolleinrichtung 13 derart angesteuert werden, dass das dritte Hauptschaltelement 5 geschlossen ist, das vierte Hauptschaltelement 6 geöffnet ist, das dritte Hilfsschaltelement 7 geschlossen ist und das vierte Hilfsschaltelement 8 geschlossen ist. Durch das Öffnen des zweiten und vierten Hauptschaltelements 2 und 4 sind die Außenleiter L1 und L2 und die Neutralleiter N1 und N2 des ersten Ladeanschlusses 14 und des zweiten Ladeanschlusses 15 von dem Außenleiter L und dem Neutralleiter N getrennt. Gleichzeitig liegt aufgrund des geschlossenen ersten Hilfsschaltelements 3 und des geschlossenen dritten Hilfsschaltelements 7 ein Signal an den Kommunikationsleitern CP1 und CP2 des ersten und zweiten Ladeanschlusses 14 und 15 an, welches dem ersten und dem zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeug signalisiert, dass der jeweilige Ladeanschluss 14 beziehungsweise 15 gerade keine elektrische Energie bzw. Leistung zum Laden des ersten und zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs zur Verfügung stellen kann.
Wie in dem Ausführungsbespiel in der einzigen Fig. verdeutlicht, kann somit ein Nutzer eines ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs das Fahrzeug zum Beispiel über den ersten Ladeanschluss 14 an eine Ladevorrichtung 20 mit mehreren Ladeanschlüssen 14 und 15 koppeln und das Fahrzeug kann über den ersten Ladeanschluss 14 der Ladevorrichtung 20 geladen werden. Koppelt nun ein zweiter Nutzer eines zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs sein Fahrzeug an den zweiten Ladeanschluss 15 der Ladevorrichtung 20, kann dieser Ladeanschluss 15 so lange deaktiviert sein, bis das Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs beendet ist oder der Ladevorgang abgebrochen wird. Anschließend kann das zweite Fahrzeug über den zweiten Ladeanschluss 15 geladen werden. Insgesamt können also beide Fahrzeuge während ihres jeweiligen Ladevorgangs mit der maximal zur Verfügung stehenden Leistung, das heißt der maximal zur Verfügung stehenden elektrischen Energie der Ladevorrichtung 20, zum Laden eines der beiden elektrisch betriebenen Fahrzeuge, geladen werden. Dadurch wird insgesamt der Wirkungsgrad erhöht. Weiterhin wird auch die Nutzerfreundlichkeit erhöht, da ein Nutzer eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs nicht warten muss, bis ein anderes elektrisch betriebenes Fahrzeug über die Ladevorrichtung vollgeladen ist, um dann sein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit der Ladevorrichtung zu koppeln, wie es bei einer Ladevorrichtung mit nur einem Ladeanschluss der Fall wäre.
Mit anderen Worten ist das Ziel der technischen Umsetzung einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung und eines erfindungsgemäßen Ladeverfahrens, über nur einen Ladepunkt, das heißt einen Ladeanschluss der Ladevorrichtung, welche beispielsweise als Wandladestation, also Wallbox ausgebildet sein kann, zu bedienen. Damit soll einerseits vermieden werden, die Installation, das heißt die Ladevorrichtung, zu überlasten und andererseits das zu ladenden Fahrzeug, das heißt das elektrisch betriebene Fahrzeug, mit möglichst hoher Ladeleistung zu betreiben, um einen guten Wirkungsgrad zu erreichen. Wird das erste elektrisch betriebene Fahrzeug zum Laden an einem beliebigen Ladepunkt angeschlossen, erfolgt der Start des Ladevorgangs wie gewohnt. Jedoch werden alle anderen Ladepunkte deaktiviert, indem die Kommunikation unterbunden wird, beziehungsweise der Kontrollpilot, das heißt der Kommunikationsleiter, fest auf 100 % gesetzt wird. 100 % auf dem Kontrollpiloten kann beispielsweise durch ein 12V-Gleichstromsignal dargestellt sein, das einem Fahrzeug, welches an einem der deaktivierten Ladepunkte angeschlossen wird mitteilt, dass gerade keine Leistung, das heißt keine elektrische Energie zum Laden des Fahrzeugs zur Verfügung steht. Ebenfalls wird die Verbindung der anderen Ladepunkte zum Stromnetz allpolig getrennt. Wird der Ladevorgang von dem ersten Fahrzeug beendet oder unterbrochen, werden die anderen Ladepunkte wieder freigegeben.
Wird ein weiteres Fahrzeug zum Laden an einen anderen beliebigen Ladepunkt angeschlossen, erfolgt hier der Start des Ladevorgangs erst, wenn der vorhergehende Ladevorgang beendet oder unterbrochen wurde und die Kommunikation wieder für alle Ladepunkte verfügbar ist. Bei mehr als zwei Ladepunkten ist es erforderlich, die Ladepunkte gegeneinander zu priorisieren, zum Beispiel durch eine zeitlich gestaffelte Freigabe der Ladepunkte. Somit wird sichergestellt, dass nicht mehrere Fahrzeuge gleichzeitig den Ladevorgang starten wollen.
Die elektrische Sicherheit kann beispielsweise durch die Verwendung bekannter Sicherheitselemente wie Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter (mit Erkennung von Fehlergleichströmen) sichergestellt werden. Wichtiger Bestandteil dieses Sicherheitskonzeptes sind die Trennschalter, die verhindern, dass mehrere Fahrzeuge gleichzeitig mit einer Zuleitung, das heißt mit dem Außenleiter L und dem Neutralleiter N, verbunden werden können. Zusätzlich kann durch Messung von Strom und Spannung der Betriebszustand erkannt und weitere Abschaltstrategien umgesetzt werden. Der Betriebszustand kann sich dabei beispielsweise auf die Auslastung der jeweiligen Leitungen der Ladevorrichtung beziehen. Wird beispielsweise der maximal zulässige Strom bei einem der Leiter überschritten, kann diese Leitung durch einen Leitungsschutzschalter getrennt werden.
Bei einer Ladevorrichtung mit zwei Ladepunkten könnte die Ladevorrichtung im einfachen First-Come-First-Serve-Prinzip elektrische Energie zum Laden der elektrisch betriebenen Fahrzeuge bereitstellen. Somit kann immer eindeutig der eine oder der andere oder kein Ladepunkt aktiv sein und es ist keine weitere Priorisierung erforderlich. Dabei kann ein diskret aufgebauter Prototyp zwei Schalteinheiten mit jeweils zwei Schließern und zwei Öffnern sowie einem Hilfsschalter mit einem Schließer und einem Öffner verwendet werden. Die Schließer können dabei den aktiven Ladepunkt verbinden und gleichzeitig den passiven Ladepunkt allpolig von der Zuleitung trennen. Der Hilfsschalter kann die Leitung des Kontrollpiloten von der passiven Kontrolleinrichtung trennen und einen festen 100 %-Wert an das passive Fahrzeug übergeben.
Jeder Ladepunkt kann seine eigene Kontrolleinrichtung aufweisen, die die Kommunikation mit dem Fahrzeug über das Kontrollpilotsignal, die Benutzerführung und die Ansteuerung der Schalteinheiten übernehmen kann.
Die elektrische Sicherheit kann durch die Verwendung eines Fehlerstromschutzschalters, zum Beispiel Typ B mit Erkennung von Fehlergleichströmen, und auf die verwendeten Ladekabel abgestimmten Leitungsschutzschalter gewährleistet werden. Aufgrund der Ausführung mit jeweils Schließern und Öffnern in jedem Strang, das heißt in jeder Zuleitung zu den jeweiligen Ladeanschlüssen, können die Leitungsschutzschalter jedoch auch vernachlässigt werden.
Es ist also eine Wallbox mit mehreren Ladepunkten, zum Beispiel zwei Ladepunkten, bereitgestellt. Die Wallbox ermöglicht das sequentielle Laden der Fahrzeuge, wobei jeweils nur ein Fahrzeug aktiv ist, bis das jeweilige Fahrzeug vollständig geladen ist. Der Ladevorgang des aktiven Fahrzeugs kann aber auch aufgrund der Ladezeit, der bereitgestellten Energie oder andere verfügbare Daten beendet werden. Es kann auch eine First-Come-First-Serve-Logik vorgesehen sein, wobei ein zuerst mit der Ladevorrichtung verbundenes Fahrzeug zuerst geladen wird und anschließend das nächste Fahrzeug geladen wird. Vorgesehen ist auch, dass die Aktuatorik, das heißt die Kontrolleinrichtung und die Schalteinheiten, des aktiven Ladepunktes die anderen Ladepunkte deaktivieren, wobei das Deaktivieren sowohl elektrisch durch eine allpolige Trennung der Leitungen als auch logisch durch Umschalten des Kontrollpilotsignals erfolgen kann.
Dadurch ergibt sich eine einfache technische Lösung für eine geringe Anzahl von Ladepunkten. Durch die einfache Verschaltung sind die Kosten gering und aufgrund des Sicherheitskonzeptes ist ein sicherer Betrieb möglich. Außerdem ist der Wirkungsgrad zum Laden jedes einzelnen zu ladenden Fahrzeugs erhöht.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine sequentielle Multiport-Wallbox, das heißt eine Ladevorrichtung mit mehreren Ladeanschlüssen, für die Elektromobilität, das heißt für beispielsweise elektrisch betriebene Fahrzeuge, bereitgestellt wird.
Bezugszeichenliste

1: Erstes Hauptschaltelement
2: Zweites Hauptschaltelement
3: Erstes Hilfsschaltelement
4: Zweites Hilfsschaltelement
5: Drittes Hauptschaltelement
6: Viertes Hauptschaltelement
7: Drittes Hilfsschaltelement
8: Viertes Hilfsschaltelement
9: Erste Schalteinheit
10: Zweite Schalteinheit
11: Erste Kontrolleinrichtung
12: 12V-Netzteil
13: Zweite Kontrolleinrichtung
14: Erster Ladeanschluss
15: Zweiter Ladeanschluss
16: Schalter
19: Kontrolleinheit
20: Ladevorrichtung
CP1: Kommunikationsleiter (für ersten Ladeanschluss)
CP2: Kommunikationsleiter (für zweiten Ladeanschluss)
EI: Spule
FI: Fehlerstrom-Schutzschalter
L: Außenleiter
L1: Außenleiter (für ersten Ladeanschluss)
L2: Außenleiter (für zweiten Ladeanschluss)
LS1: Leitungsschutzschalter
LS2: Leitungsschutzschalter
N: Neutralleiter
N1: Neutralleiter (für ersten Ladeanschluss)
N2: Neutralleiter (für zweiten Ladeanschluss)
PE: Potentialausgleich
PE1: Potentialausgleich (für ersten Ladeanschluss)
PE2: Potentialausgleich (für zweiten Ladeanschluss)
PP1: Signalleiter (für ersten Ladeanschluss)
PP2: Signalleiter (für zweiten Ladeanschluss)
R: Widerstand
S1: Steuerleiter (für erste Schalteinheit)
S2: Steuerleiter (für zweite Schalteinheit)
V: Versorgungsleiter

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 Patentliteratur

US 9434263 B2 [0002]

Claims

Ladeverfahren für ein erstes und ein zweites elektrisch betriebenes Fahrzeug, wobei die Ladevorrichtung (20) einen ersten Ladeanschluss (14) zum Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs, sowie einen zweiten Ladeanschluss (15) zum Laden des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs umfasst, gekennzeichnet durch - Erfassen eines ersten Zustandssignals des ersten Ladeanschlusses (14), - Aktivieren des ersten Ladeanschlusses (14) in Abhängigkeit von dem ersten Zustandssignal, gleichzeitig - Deaktivieren des zweiten Ladeanschlusses (15), und dadurch - Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs über den ersten Ladeanschluss (14).
Ladeverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch - Erfassen eines zweiten Zustandssignals des zweiten Ladeanschlusses (15), - Deaktivieren des ersten Ladeanschlusses (14) in Abhängigkeit von einem Ladezustand des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs, und gleichzeitig - Aktivieren des zweiten Ladeanschlusses (15) in Abhängigkeit von dem zweiten Zustandssignal, und dadurch - Laden des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs über den zweiten Ladeanschluss (15).
Ladeverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - das Deaktivieren des jeweiligen Ladeanschlusses (14, 15) in Abhängigkeit von dem entsprechenden Zustandssignal erfolgt, wobei das erste und das zweite Zustandssignal kontinuierlich aktualisiert werden.
Ladeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Aktivieren des jeweiligen Ladeanschlusses (14, 15) nur dann erfolgt, wenn das entsprechende Zustandssignal eine erfolgreiche elektrische Kopplung des jeweiligen Ladeanschlusses (14, 15) mit dem entsprechenden elektrisch betriebenen Fahrzeug repräsentiert.
Ladevorrichtung (20) zum Laden eines ersten und eines zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei die Ladevorrichtung (20) - einen ersten Ladeanschluss (14) zum Laden des ersten elektrisch betriebenen Fahrzeugs, sowie - einen zweiten Ladeanschluss (15) zum Laden des zweiten elektrisch betriebenen Fahrzeugs umfasst, gekennzeichnet durch - eine Kontrolleinheit (19), die dazu ausgebildet ist, ein erstes Zustandssignal des ersten Ladeanschlusses (14) zu erfassen, den ersten Ladeanschluss (14) in Abhängigkeit von dem ersten Zustandssignal zu aktivieren, und gleichzeitig den zweiten Ladeanschluss (15) zu deaktivieren, um das erste elektrisch betriebene Fahrzeug über den ersten Ladeanschluss zu laden.
Ladevorrichtung (20) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch - eine erste Schalteinheit (9) als Komponente der Kontrolleinheit (19), mit einem ersten Hauptschaltelement (1), einem zweiten Hauptschaltelement (2), einem ersten Hilfsschaltelement (3) und einem zweiten Hilfsschaltelement (4), sowie - eine zweite Schalteinheit (10) als Komponente der Kontrolleinheit (19), mit einem dritten Hauptschaltelement (5), einem vierten Hauptschaltelement (6), einem dritten Hilfsschaltelement (7) und einem vierten Hilfsschaltelement (8), wobei - die Kontrolleinheit (19) dazu ausgebildet ist, die erste Schalteinheit (9) in Abhängigkeit von dem ersten Zustandssignal zum Aktivieren des ersten Ladeanschlusses (14) zu steuern und die zweite Schalteinheit (10) zum Deaktivieren des zweiten Ladeanschlusses (15) zu steuern.