DE102017200421A1

DE102017200421A1 - Ladekabel für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017200421A1
Application number: DE102017200421.5A
Authority: DE
Inventors: Sergey Kochetov; Volker Zwillich; Harald Ernst; Richard Bogenberger; Stephan Riess
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2018-07-12
Also published as: US20190344666A1; CN110177707B; US11407312B2; WO2018130376A1; CN110177707A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ladekabel für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug mit einer Filtereinrichtung. Das Ladekabel (10) umfasst einen ersten Leiter (L) und einen zweiten Leiter (N) zur Übertragung eines Stroms eine Sicherheitsmasseleitung (PE) und eine Signalleitung (CP) zur Übertragung von einen Ladevorgang betreffenden Ladeinformationen. Die Filtereinrichtung (20) umfasst einen Kern (21), um den der erste und der zweite Leiter (L, N) sowie die Sicherheitsmasseleitung (PE) gewickelt sind. Darüber hinaus ist auch die Signalleitung (CP) um den Kern (21) gewickelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ladekabel für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug mit einer Filtereinrichtung.
Ein Ladekabel für elektrisch betreibbare Kraftfahrzeuge, wie z.B. ein Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeug oder ein rein elektro-motorisch betreibbares Kraftfahrzeug, umfasst zwei Leiter, die zur Übertragung eines Stroms dienen. Das Ladekabel umfasst ferner eine Sicherheitsmasseleitung und eine Signalleitung, wobei letztere zur Übertragung von einen Ladevorgang betreffende Ladeinformationen dient. Die Filtereinrichtung umfasst einen Kern, um den der erste und der zweite Leiter sowie die Sicherheitsmasseleitung gewickelt sind.
Die Verwendung von Filtereinrichtungen zur Funkentstörung und Einhaltung gesetzlicher Richtlinien, z.B. nach ECE-R10, ist allgemein bekannt. Als Filtereinrichtungen werden beispielsweise Entstördrosseln und stromkompensierte Drosseln genutzt.
Bei einem derzeit verwendeten Ladekabel für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug, das in dem Fahrzeug zwischen einer Ladedose (Ladestecker) und einem in räumlicher Nähe zu dem Energiespeicher angeordneten Ladegerät in dem Fahrzeug verbaut ist, sind die Leiter zur Übertragung eines Ladestroms sowie die Sicherheitsmasseleitung um den Kern der Filtereinrichtung gewickelt. Dies ist beispielhaft in 1 dargestellt. Das Ladekabel ist schematisch mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Die Filtereinrichtung trägt das Bezugszeichen 20, wobei von dieser lediglich ein Ausschnitt eines Kerns 21 der Filtereinrichtung 10 gezeigt ist. Die für die Stromübertragung genutzten Leiter L und N sind gleichsinnig um den Kern 21 gewickelt. Zusätzlich wird die Sicherheitsmasseleitung PE in entgegengesetzter Drehrichtung zu den Leitern L, N um den Kern 21 gewickelt. Durch eine geringe Wicklungsanzahl der Sicherheitsmasseleitung PE wird eine potentielle Dämpfungseigenschaft beschränkt, da die höhere Induktivität im PE Leiter aus Signalintegritätssicht nicht zulässig ist. Durch die gleichsinnige Wicklung des Leiters N (sog. Neutralleiter) und des Leiters L (sog. stromführender Leiter) wird eine sog. Common Mode-Filterung erzielt. Eine gegensinnige Wicklung der stromführenden Leiter N und L ist aufgrund einer schnellen Sättigung des Materials des Kerns 21 nicht möglich.
Zur Übertragung von einen Ladevorgang betreffenden Ladeinformationen ist darüber hinaus eine Signalleitung vorgesehen, welche in 1 nicht dargestellt ist. Die Signalleitung wird üblicherweise als separates Kabel in räumlicher Nähe zu dem Ladekabel geführt. Durch unerwünschte Impedanz in dem PE Leiter können die Signalströme verschliffen werden, was zu den Signalintegritätsproblemen führt.
Hieraus resultiert das Problem, dass die Signalintegrität der über den Signalleiter übertragenen Ladeinformationen nicht oder zumindest teilweise nicht gegeben ist. Infolgedessen kann es sein, dass ein für das elektrisch betriebene Kraftfahrzeug vorgenommener Ladevorgang immer wieder abgebrochen wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Ladekabel für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug vorzusehen, bei dem die Signalintegrität gegeben ist, ohne die Entstöreigenschaften einer Filtervorrichtung des Ladekabels zu beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ladekabel gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Es wird ein Ladekabel für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug mit einer Filtereinrichtung vorgeschlagen. Bei dem elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeug kann es sich um ein hybrid-elektrisches Kraftfahrzeug handeln, das sowohl über eine Verbrennungskraftmaschine als auch über einen elektromotorischen Antrieb verfügt. Beispielsweise kann ein solches hybrid-elektrisches Fahrzeug (HEV) als Plug-in-Hybrid-Fahrzeug oder elektrisches Fahrzeug (BEV) bereitgestellt sein. Bei dem elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeug kann es sich auch um ein rein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug handeln, bei dem die für den Antrieb des Kraftfahrzeugs erforderliche Energie aus einem elektro-chemischen Energiespeicher (Batterie oder Speicherkondensator) bereitgestellt wird.
Das Ladekabel umfasst einen ersten Leiter sowie einen zweiten Leiter zur Übertragung eines Stroms. Einer der beiden Leiter stellt dabei einen Neutralleiter dar. Das Ladekabel umfasst ferner eine Sicherheitsmasseleitung. Über die Sicherheitsmasseleitung kann der über den ersten und den zweiten Leiter zur Übertragung von Strom fließende Strom zurückfließen. Ferner umfasst das Ladekabel eine Signalleitung zur Übertragung von einen Ladevorgang betreffenden Ladeinformationen. Über die Signalleitung werden beispielsweise Daten, betreffend eine benötigte Strommenge, einen maximalen Ladestrom, eine Ladedauer und dergleichen ausgetauscht.
Die Filtereinrichtung umfasst einen Kern. Um den Kern sind der erste und der zweite Leiter sowie die Sicherheitsmasseleitung gewickelt. Das Ladekabel zeichnet sich dadurch aus, dass ferner auch die Signalleitung um den Kern gewickelt ist.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, die unerwünschte Längsinduktivität in den Maschen PE-Leiter zu Pilot-Leiter, die bei einer aus dem Stand der Technik gemäß 1 bekannten Anordnung auftreten, dadurch zu eliminieren, dass auch die Signalleitung um den Kern gewickelt wird. Dadurch kann eine Entstörung erfolgen, ohne die Informationsübertragung in nachteiliger Weise zu beeinflussen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Signalleitung, die bislang als separates Kabel zusätzlich zu dem Ladekabel in einem Kraftfahrzeug vorgesehen wird, in das Ladekabel integriert werden kann. Gleichzeitig gestattet es das Ladekabel, eine hohe Dämpfung, d.h. eine hohe Filterung der Stromübertragung, zu gewährleisten.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind der erste Leiter und der zweite Leiter, welche der Stromübertragung dienen, gleichsinnig in einer ersten Drehrichtung um den Kern gewickelt. Darüber hinaus sind die Sicherheitsmasseleitung und die Signalleitung gleichsinnig in einer zweiten Drehrichtung um den Kern gewickelt. Dabei ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Drehrichtung einander entgegengesetzte Drehrichtungen sind. Durch die gegensinnige erste und zweite Drehrichtung beeinflusst der Filter der Stromübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter die Datenübertragung in der Signalleitung in erwünschter Weise nicht. Dadurch kann die erwünschte hohe Filterdämpfung ohne Störung der Informationsübertragung realisiert werden.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Kern aus einem nanokristallinen Material (z.B. VAC Vitoperm 500F) gebildet. Der Kern kann die Form eines Toroids mit einer Länge von 4 bis 5 cm aufweisen. Der Kerndurchmesser, um den der erste und der zweite Leiter sowie die Sicherheitsmasseleitung und die Signalleitung gewickelt sind, weist in seinem Wicklungsabschnitt einen Durchmesser von etwa 0,5 cm bis 1, 5 cm auf.
Die Filtervorrichtung ist zweckmäßigerweise nahe einem jeweiligen Ende des ersten und des zweiten Leiters, der Sicherheitsleitung und der Signalleitung angeordnet, welche im Einbauzustand des Ladekabels im Kraftfahrzeug mit jeweiligen Kontakten einer Ladedose des Kraftfahrzeugs verbunden sind.
Die Filtervorrichtung ist insbesondere integraler Bestandteil des Ladekabels. Ladekabel und Filtervorrichtung können zusammen als ein Teil eines Kabelbaums betrachtet werden. Weiterhin zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Signalleitung zur Übertragung von einen Ladevorgang betreffenden Ladeinformationen Teil des Ladekabels ist. Hierdurch braucht, im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Ladekabel, die Signalleitung nicht als separate Leitung zusätzlich zu dem Ladekabel mit der Filtereinrichtung in dem Kraftfahrzeug verlegt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Ladekabels mit einer Filtereinrichtung; und
2 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Ladekabel.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Ladekabel gemäß 2 umfasst einen ersten Leiter L und einen zweiten Leiter N (Neutralleiter). Der erste Leiter L und der zweite Leiter N dienen zur Übertragung eines Stromes. Zudem umfasst das Ladekabel eine Sicherheitsmasseleitung PE sowie eine Signalleitung CP. Die Signalleitung CP dient zur Übertragung von einen Ladevorgang betreffenden Ladeinformationen. Im Rahmen einer Kommunikation über das Ladekabel wird die Sicherheitsmasseleitung PE als Rückleiter für die Signalleitung CP genutzt.
Das Ladekabel umfasst ferner als integralen Bestandteil eine Filtereinrichtung 20. Die Filtereinrichtung umfasst einen Kern 21, der in 2 lediglich schematisch dargestellt ist. Insbesondere ist lediglich derjenige Abschnitt des Kerns 21 dargestellt, um welchen der erste und der zweite Leiter L, N die Sicherheitsmasseleitung PE und die Signalleitung CP gewickelt sind.
Wie aus der schematischen Darstellung der 2 hervorgeht, sind der erste Leiter L und der zweite Leiter N gleichsinnig in einer ersten Drehrichtung um den Kern 21 gewickelt. Die Sicherheitsmasseleitung PE und die Signalleitung CP sind ebenfalls gleichsinnig in einer zweiten, zu der ersten Drehrichtung entgegengesetzten, Drehrichtung um den Kern 21 gewickelt. Durch diese Art der Wicklung beeinflusst die Filtereinrichtung 20 bei der Stromübertragung zwischen dem ersten Leiter L und dem zweiten Leiter N die Datenübertragung über die Signalleitung CP nicht. Darüber hinaus kann eine hohe Filterdämpfung erzielt werden.
Dadurch, dass auch die Signalleitung um den Kern gewickelt wird, stellt die Signalleitung einen integralen Bestandteil des Ladekabels dar.
Die Filtervorrichtung ist nahe einem jeweiligen Ende des ersten und des zweiten Leiters L, N der Sicherheitsleitung PE und der Signalleitung CP angeordnet, welche im Einbauzustand des Ladekabels 10 in dem Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) mit jeweiligen Kontakten einer ebenfalls nicht dargestellten Ladedose des Kraftfahrzeugs verbunden sind.
Es ist zu betonen, dass es sich bei dem vorliegenden Ladekabel um ein innerhalb des Kraftfahrzeugs verbautes Ladekabel handelt, welche die Kontakte der bereits erwähnten Ladedose mit einem Ladegerät zum Laden des Energiespeichers des Kraftfahrzeugs verbindet. Die Ladedose wird dann, über ein weiteres in der Regel externes Ladekabel mit einem Netzanschluss oder einer Ladesäule zum Laden des Energiespeichers verbunden.
Das vorgeschlagene, in dem Kraftfahrzeug verbaute Ladekabel bezweckt die Entstörung einer Komponente des Fahrzeugs mit Hilfe der in dem Ladekabel vorgesehenen Filtereinrichtung. Die Filtereinrichtung kann in einem, insbesondere gegenüber Umgebungseinflüssen abgedichtetem Gehäuse angeordnet sein. Der Kern der Filtereinrichtung ist insbesondere als Ringkern ausgebildet, wobei dessen Form auch die Gestalt eines Rechtecks oder Quadrats aufweisen kann.
Der Kern 21 der Filtereinrichtung besteht insbesondere aus einem nanokristallinen Material, um eine gute Entstörung sicherzustellen.
Bezugszeichenliste

10: Ladekabel
20: Filtereinrichtung
21: Kern
L: erster Leiter
N: zweiter Leiter
PE: Sicherheitsmasseleitung
CP: Signalleitung

Claims

Ladekabel für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug mit einer Filtereinrichtung, wobei das Ladekabel (10) umfasst: - einen ersten Leiter (L) und einen zweiten Leiter (N) zur Übertragung eines Stroms; - eine Sicherheitsmasseleitung (PE), und - eine Signalleitung (CP) zur Übertragung von einen Ladevorgang betreffenden Ladeinformationen; und wobei die Filtereinrichtung (20) einen Kern (21) umfasst, um den der erste und der zweite Leiter (L, N) sowie die Sicherheitsmasseleitung (PE) gewickelt sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitung (CP) um den Kern (21) gewickelt ist.
Ladekabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leiter (L) und der zweite Leiter (N) gleichsinnig in einer ersten Drehrichtung um den Kern (21) gewickelt sind.
Ladekabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsmasseleitung (PE) und die Signalleitung (CP) gleichsinnig in einer zweiten Drehrichtung um den Kern (21) gewickelt sind.
Ladekabel nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Drehrichtung einander entgegengesetzte Drehrichtungen sind.
Ladekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (21) aus einem nanokristallinen Material besteht.
Ladekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (21) die Form eines Toroids mit einer Länge von 4 bis 5 cm aufweist.
Ladekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (21) einen Durchmesser von 0,5 cm bis 1,5 cm hat.
Ladekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung nahe einem jeweiligen Ende des ersten und des zweiten Leiters (L, N), der Sicherheitsleitung (PE) und der Signalleitung (CP) angeordnet ist, welche im Einbauzustand des Ladekabels in dem Kraftfahrzeug mit jeweiligen Kontakten einer Ladedose des Kraftfahrzeugs verbunden sind.