Einzelüberwachung von mehreren Abgabestellen eines Systems zur fahrzeugseitigen Versorgung von externen Lasten

Es ist bekannt, Fahrzeuge mit einem Bordnetz auszustatten, das neben einem Hochvoltakkumulator auch einen elektrischen Antrieb aufweist. Ferner ist bekannt, als Zusatzfunktion die Energie des Akkumulators auch für externe Lasten zugänglich zu machen, wobei dies als „Vehicle-to-load (V2L)“ bezeichnet wird.

Hierzu werden übliche Abgabestellen verwendet, die etwa in Form von üblichen Haushaltssteckdosen ausgebildet sind. Da der Hochvoltakkumulator eine sehr hohe Leistung aufweist, deutlich höher als die übliche Leistung, gemäß der eine Haushaltssteckdose ausgebildet ist, ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich diese Versorgung von externen Lasten auf sichere Weise bewerkstelligen lässt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Figur.

Es wird vorgeschlagen, mehrere Abgabestellen (etwa Steckdosen), die über eine Verteilstelle mit einem Wechselrichter verbunden sind, einzeln zu überwachen. Es wurde erkannt, dass zwar der Gesamt-Wechselstrom im Nennbereich liegen kann, beispielsweise von bis zu 32 Ampere, dass jedoch dennoch eine der Abgabestellen überlastet sein kann, wenn die daran angeschlossene Last mehr als die zulässige Stromstärke erhält. Es wird daher vorgeschlagen, nicht nur den üblicherweise bekannten Gesamt-Wechselstrom zu betrachten, sondern auch einen Wechselstrom einer ersten Abgabestelle zu erfassen. Der zweite Wechselstrom an der zweiten Abgabestelle kann dann ermittelt werden als Differenz zwischen dem Gesamt-Wechselstrom und dem ersten Wechselstrom. Sowohl der erfasste erste Wechselstrom als auch der ermittelte zweite Wechselstrom werden mit einem Schwellenwert verglichen, beispielsweise mit einer Maximalstromstärke (etwa 16 Ampere), um dann ein Überlastsignal abzugeben, wenn zumindest einer dieser Schwellenwerte von dem jeweiligen Wechselstrom überschritten wird. Somit ist zur Überwachung nicht die Messung beider Abgabestellen erforderlich, sondern nur die Erfassung eines ersten Wechselstroms an einer ersten Abgabestelle, während sich der zweite Wechselstrom errechnen lässt aus dem ersten Wechselstrom (gemessen) und dem Gesamt-Wechselstrom (ebenso gemessen). Es wird der erste Wechselstrom erfasst im Sinne einer Messung oder im Sinne eines Ableitens eines Werts aus einer Messung, wobei dies auch für den Gesamt-Wechselstrom zutrifft. Der zweite Wechselstrom wird lediglich errechnet und nicht gemessen, so dass dieser lediglich ermittelt wird als Differenz wird zwischen Gesamt-Wechselstrom und dem ersten Wechselstrom. Bestehen mehr als zwei Abgabestellen, nämlich n Abgabestellen, dann werden von n-1 Abgabestellen der Wechselstrom gemessen und der Wechselstrom der verbleibenden Abgabestelle wird ermittelt durch die Differenz des Gesamt-Wechselstroms und der Summe der gemessenen Wechselströme. Die ermittelte Differenz ergibt sich somit aus dem Gesamt-Wechselstrom und der Summe aller gemessenen Wechselströme.

Alternativ kann der Wechselrichter die Verteilstelle umfassen, wobei diese Kombination als Fahrzeugladeschaltung vorgesehen sein kann. Der Wechselrichter kann hierbei eine Leistungsschaltung sein, die in einem Lademodus als (gesteuerter) Gleichrichter arbeitet.

Es wird ein Verfahren zur Überwachung von mindestens einer ersten und einer zweiten Wechselstromabgabestelle in einem Fahrzeug beschrieben. Die Wechselstromabgabestellen sind in dem Fahrzeug angebracht und zugänglich zum Kontaktieren von externen Lasten. So kann beispielsweise elektrisches Werkzeug mittels der im Fahrzeug gespeicherten Energie betrieben werden. Ein Gesamt-Wechselstrom wird erfasst, insbesondere durch Messen. Der Gesamt-Wechselstrom wird von einem Wechselrichter über eine Verteilstelle an die Abgabestellen abgegeben. Ausgehend vom Wechselrichter verteilt sich somit über die Verteilstelle die Leistung in Form von mehreren Leistungspfaden, die jeweils zu einer Abgabestelle führen. Der Wechselrichter wird insbesondere von dem Traktionsakkumulator des Fahrzeugs gespeist. Der Wechselrichter ist vorzugsweise ein Hochvolt-Wechselrichter und für Betriebsspannungen von mehr als 60 Volt, insbesondere von 200, 400 oder 800 Volt ausgelegt. Der Wechselrichter kann realisiert sein mittels einer Ladeschaltung des Fahrzeugs oder auch mittels eines Traktionsinverters des Fahrzeugs. Da derartige Komponenten steuerbare Halbleiterschalter umfassen, kann durch Ansteuerung dieser Schalter ein entsprechender Wechselrichter realisiert werden. Der Gesamt-Wechselstrom wird erfasst mittels einer Messeinrichtung im Wechselrichter, vorzugsweise in der Wechselstromseite des Wechselrichters, oder auch an der Gleichstromseite des Wechselrichters, wobei dann dieser Wert mittels eines Faktors umgewandelt werden muss, um den Gesamt-Wechselstrom zu erhalten. Ferner wird mindestens ein erster Wechselstrom erfasst, der in der ersten Abgabestelle fließt. Der mindestens eine erste Wechselstrom wird gemessen, vorzugsweise mittels einer weiteren Messeinrichtung. Als Messeinrichtung kommen insbesondere Hall-Elemente infrage, die als Stromsensoren ausgeführt sind, oder auch Shunt-Widerstände. An dem Hall-Element beziehungsweise am Shunt wird ein Signal erzeugt, aus dem sich der fließende Strom ableiten lässt. Zudem sind für diesen Zweck auch Meßtransformatoren oder andere induktive Ankopplungen an den Leiter des betreffenden Wechselstroms denkbar. Bestehen mehrere erste Wechselströme, werden diese jeweils erfasst bzw. gemessen. Hierzu können die genannten Vorrichtungen verwendet werden.

Der zweite Wechselstrom muss nicht gemessen werden, sondern wird als Differenz zwischen dem Gesamt-Wechselstrom und dem mindestens einen ersten Wechselstrom ermittelt, insbesondere durch Berechnen. Sind mehrere erste Wechselströme vorgesehen, ist der zweite Wechselstrom die Differenz zwischen dem Gesamt-Wechselstrom und allen ersten Wechselströmen (d.h. zwischen dem zweiten Wechselstrom und der Summe aller ersten Wechselströme. Das Ermitteln kann auch analog geschehen durch eine Subtraktionsschaltung. Der zweite Wechselstrom ist derjenige, der zu der zweiten Abgabestelle fließt. Der (mindestens eine) erste Wechselstrom fließt von der Verteilerstelle zu ersten Abgabestelle und der zweite Wechselstrom fließt von der Verteilerstelle zur zweiten Abgabestelle. Sind mehrere erste Wechselströme vorgesehen, dann sind auch mehrere erste Abgabestellen vorgesehen, und umgekehrt. Die ersten Wechselströme fließen zu den jeweiligen ersten Abgabestellen. Sind weitere Abgabestellen vorgesehen, dann fließt auch deren Wechselstrom von der Verteilerstelle zu der betreffenden Abgabestelle. Der zweite Strom ergibt sich als Differenz zwischen dem Gesamt-Wechselstrom und dem ersten Wechselstrom (beziehungsweise aller gemessenen - ersten - Wechselströme). Ist ein weiterer Verbraucher im Bordnetzsystem, dann kann dessen Stromverbrauch abgezogen oder addiert werden zur Differenz, um so den reinen Unterschied zwischen Gesamt-Wechselstrom und allen gemessenen Wechselströmen zu erhalten.

Der erste Wechselstrom wird mit einem zugehörigen Schwellenwert verglichen und der zweite Wechselstrom wird ebenso mit einem zugehörigen Schwellenwert verglichen. Die beiden Schwellenwerte können gleich sein, insbesondere wenn die Abgabestellen gemäß der gleichen Abgabeleistung oder gemäß der gleichen Stromstärke ausgelegt sind. Ein Überlastsignal wird ausgegeben, wenn alle Vergleiche oder auch nur einer der Vergleiche oder auch eine Untermenge hiervon eine Überschreitung des Schwellenwerts ergeben. Ergibt somit mindestens ein Vergleich, dass der jeweilige Schwellenwert den jeweiligen Schwellenwert überschritten hat, wird das Überlastsignal ausgegeben. Das Überlastsignal kann spezifisch für die betreffende Abgabestelle abgegeben werden, deren Wechselstrom über dem zugehörigen Schwellenwert liegt. Das Überlastsignal kann auch entprellt abgegeben, das heißt, dass die Überschreitung des Schwellenwerts für eine Mindestzeitdauer andauern muss, um das Überlastsignal auszulösen.

Das Verfahren bezieht sich auf mindestens eine Wechselstromabgabestelle und eine zweite Wechselstromabgabestelle, die von derselben Verteilstelle aus versorgt werden. Die ersten Wechselstromabgabestellen, sofern mehrere vorhanden sind, werden gemessen, das heißt die zugehörigen ersten Wechselströme der ersten Wechselstromabgabestellen werden erfasst (durch Messen beispielsweise). Der zweite Wechselstrom wird ermittelt aus Differenz zwischen dem Gesamt-Wechselstrom und der Summe alle ersten (gemessenen) Wechselströme. Die Wechselstromabgabestellen werden hierin auch verkürzt als Abgabestellen bezeichnet.

Der erste Wechselstrom wird vorzugsweise mit einem Stromsensor erfasst, der in einer ersten Steckeinrichtung angeordnet ist, die mit der Verteilstelle verbunden ist. Diese Verbindung ist vorzugsweise steckverbindungsfrei. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Wechselstrom mit einem Stromsensor erfasst werden, der in einer zweiten Steckeinrichtung vorgesehen ist. Diese zweite Steckeinrichtung ist in die erste Steckeinrichtung eingesteckt, wobei die erste Steckeinrichtung mit der Verteilstelle (steckverbindungsfrei) verbunden ist. Mit anderen Worten kann sich der Stromsensor in der ersten Steckeinrichtung befinden, die etwa als Netzdose oder Buchse ausgebildet ist, oder kann in einer Steckeinrichtung vorgesehen sein, die hierin eingesteckt ist, etwa ein Laststecker oder ein Adapter, in den ein Laststecker eingesteckt werden kann.

Alternativ oder in Kombination hiermit kann der erste Wechselstrom mit einem Stromsensor erfasst werden, der in einem Zwischenadapter vorgesehen ist. Der Zwischenadapter ist in der ersten Steckeinrichtung eingesteckt, welche (steckverbindungsfrei) mit der Verteilstelle verbunden ist. Eine zweite Steckeinrichtung kann hierbei in den Zwischenadapter eingesteckt sein, sodass der Zwischenadapter die erste und die zweite Steckeinrichtung miteinander verbindet. Der Zwischenadapter kann somit einen Anschluss in Form einer Steckdose (Buchse) oder Steckbuchse aufweisen, in die die zweite Steckeinrichtung (das heißt etwa der Laststecker) eingesteckt ist.

Der Stromsensor kann somit in einer Steckeinrichtung vorgesehen sein, die gemäß einer üblichen Haushaltssteckdose ausgebildet ist. Der Stromsensor kann auch in einen Laststecker integriert sein, der zum Einstecken in eine derartige Haushaltssteckdose ausgebildet ist. Schließlich kann ein Zwischenadapter vorgesehen sein, der eine Buchse in Form einer üblichen Haushaltssteckdose aufweist, in die ein Laststecker (etwa eine zweite Steckeinrichtung) eingesteckt werden kann. Die Stromsensoren sind jeweils derart angeordnet, dass diese den durch die jeweilige Einrichtung fließenden Strom beziehungsweise durch den Zwischenadapter fließenden Strom erfassen können.

Als Steckdose bzw. als (übliche) Haushaltssteckdose werden hierbei Steckdosen bezeichnet, die gemäß der Norm NEMA 1 -15, 5-15, 14-50R oder 14-30R ausgebildet sind, oder auch ausgebildet sind, einen Stecker gemäß dem Typ CEE7/16 (Eurostecker) aufzunehmen, oder auch ausgebildet sind, einen Stecker gemäß CEE7/14, CEE7/5, CEE7/4 oder CEE7/7 aufzunehmen. Weitere mögliche Ausbildungsformen sind Steckdosen zur Aufnahme von Steckern Typ BS1363, SI-32, AS3112, SEV1011 , DS60884-2-D1 , CEI23-50, BS546, IEC60506-7 oder auch Buchsen für Kaltgerätstecker (IEC60320C13, 14, 19 oder Ähnliches). Insbesondere sind übliche Haushaltssteckdosen gemäß einer landesüblichen Norm ausgebildet. Als Haushaltssteckdosen werden insbesondere einphasige Wechselstromdosen bezeichnet, die mit oder ohne Schutzkontakt ausgebildet sein können. Haushaltssteckdosen sind für eine Wechselspannung von mindestens 100 Volt effektiv ausgebildet, beispielsweise für Spannungen von 230 Volt bei 50 Herz.

Der mindestens eine Wechselstrom wird an einer Auswerteeinheit übermittelt.

Hierbei wird ein Signal übermittelt, das die Höhe des Wechselstroms wiedergibt. Als Höhe des Wechselstroms wird die effektive Stromstärke, die Stromamplitude oder auch die Spitzen-Spitzen-Stromstärke bezeichnet. Das Signal kann kabelgebunden oder drahtlos übermittelt werden, auf direktem Wege oder über eine Entität, die das Übertragungsprotokoll ändert. Insbesondere kann der mindestens eine Wechselstrom beziehungsweise das diesen wiedergebende Signal übermittelt werden durch einen CAN-bus, über ein IP-basiertes Netzwerk oder über ein anderes Datenübertragungsprotokoll. Das Signal kann auch drahtlos übermittelt werden, beispielsweise mittels eines Wifi-Signals oder mittels eines Bluetooth-Signals oder gemäß einem anderen drahtlosen Signal mit standardisiertem Protokoll.

Der Wechselrichter kann als bidirektionaler Ladestrom richter des Fahrzeugs ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann der Wechselrichter ausgebildet sein als Wechselstrom-Ladeschaltung, die jedoch bidirektional ist und Gleichstrom (etwa von einem Traktionsakkumulator des Fahrzeugs) in Wechselstrom richten kann. Hierbei ist der Ladestromrichter beziehungsweise der Wechselrichter ausgebildet, als Gesamt-Wechselstrom ein Leistungssignal mit einer Soll-Nennspannung (etwa 110, 120, 200, 220 oder 230 Volt) und gemäß einer Soll-Frequenz (etwa 50, 60 oder 100 Herz) abzugeben. Insbesondere ist der Wechselrichter ausgebildet, als Gesamt-Wechselstrom einen sinusförmigen Strom abzugeben. Der Wechselrichter ist ausgebildet, den Gesamt-Wechselstrom zu erzeugen durch Wechselrichten eines Gleichstroms, der von einer Gleichstromquelle geliefert wird. Der Gesamt-Wechselstrom kann versorgt werden von einer Gleichspannungsquelle, etwa einem Akkumulator wie ein Hochvolt-Akkumulator, um durch Wechselrichten den Gesamt-Wechselstrom zu erzeugen. Bei direktionaler Ausrichtung des Ladestromrichters kann dieser in die Funktion des Wechselrichters eine geringere Leistung aufweisen als in umgekehrter Richtung, indem dieser als Gleichrichter arbeitet.

Der Gesamt-Wechselstrom wird von dem Wechselrichter erzeugt durch Wechselrichten des Gleichstroms beziehungsweise der Gleichspannung, der beziehungsweise die von einem Traktionsakkumulator abgegeben wird. Der Traktionsakkumulator bildet dann die Gleichstromquelle. Wird der Ladestromrichter in umgekehrter Richtung betrieben, dann dient der Ladestromrichter als Gleichrichter und zur Zuführung von Ladestrom zum Traktionsakkumulator.

Es kann eine Ladesteuereinheit vorgesehen sein, die den Wechselrichter ansteuert, und die eingerichtet ist, den Wechselrichter bidirektional zu betreiben. Insbesondere ist die Ladesteuereinheit eingerichtet, den Wechselrichter zur Wechselrichtung zu betreiben sowie zum Gleichrichten (in umgekehrter Richtung zu betreiben).

Der Sensor zum Erfassen des ersten Wechselstroms kann in einem Adapter vorgesehen sein, der an eine Anschlussstelle angeschlossen ist. Der Adapter selbst bildet eine Anschlussstelle für externe Lasten. Der erfasste Wechselstrom wird von dem Adapter an die Ladesteuereinheit übertragen, insbesondere von einer Übermittlungseinheit des Adapters. Es kann auch vorgesehen sein, dass die erste Abgabestelle selbst den Stromsensor aufweist, wobei ein Adapter in diese Abgabestelle eingesteckt ist. Der Adapter bietet dann eine Steckvorrichtung, etwa eine Buchse, in die eine externe Last eingesteckt werden kann. Die Steckverbindung zwischen Adapter und Abgabestelle (mit Stromsensor) kann proprietär sein und sich von allen genormten Netzsteckdosen unterscheiden, und kann ferner eine genormte Schnittstelle zum Einstecken von üblichen Laststeckern aufweisen. Der Adapter kann eine Übermittlungseinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, einen vom Sensor erfassten Wert (der die Stärke des Wechselstroms widergibt, der durch den Adapter fließt) zu übertragen, etwa an eine Verteilstelle, einen Ladesteuereinheit fahrzeugbasierte Einheit oder an eine Auswerteeinheit, wie sie hierin beschrieben ist.

Es kann eine Verteilstelle vorgesehen sein, in der nicht nur der Gesamt-Wechselstrom aufgeteilt wird in den ersten und zweiten Wechselstrom, sondern in dem auch ein Stromsensor vorgesehen ist zur Erfassung des zumindest einen ersten Wechselstroms. Eine derartige Verteilstelle kann datenübertragend mit einer Ladesteuereinheit verbunden sein, die den Wechselrichter ansteuert. Allgemein kann die Ladesteuereinheit auch als Steuereinrichtung ausgebildet sein, die insbesondere eine Auswertereinheit aufweist, wie sie hierin beschrieben ist.

Es wird eine fahrzeugbasierte Einheit beschrieben, die zur Ausführung des Verfahrens ausgebildet ist. Die fahrzeugbasierte Einheit dient zur Speisung von fahrzeugexternen Lasten mittels eines fahrzeugbasierten Energiespeichers. Insbesondere ist die fahrzeugbasierte Einheit zur Steuerung dieser Speisung ausgebildet. Die fahrzeugbasierte Einheit weist eine Auswerteeinheit auf, die einen Gesamtstrom-Messeingang und mindestens einen Einzelstrom-Messeingang hat. Die Auswerteeinheit verfügt ferner über einen Ausgang zur Abgabe eines Überlastsignals. Die Auswerteeinheit hat ein Subtraktionsglied, das eingerichtet ist, die Differenz zu bilden aus dem Stromwert, der am Gesamtstrom-Messeingang anliegt (das heißt den Gesamt-Wechselstrom) und dem mindestens einen Stromwert, der an den mindestens einen Einzelstrom-Messeingang anliegt (entsprechend dem mindestens einen Wechselstrom). Ferner ist dort ein Vergleicher vorgesehen, der den mindestens einen Stromwert an den mindestens einen Einzelstrom-Messeingang sowie die Differenz mit einem zugehörigen Schwellenwert vergleicht. Der Vergleicher ist ausgebildet, ein Überlastsignal abzugeben, wenn zumindest einer der Vergleiche eine Überschreitung des jeweiligen Schwellenwerts ergibt. Eine derartige Einheit kann in der Ladesteuereinheit vorgesehen sein oder kann dieser vorgeschaltet sein. Als fahrzeugbasierte Einheit kommt auch ein Zwischenadapter in Betracht, wie er hier beschrieben ist. Da dieser an das Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen ist, wird er hierin als fahrzeugbasiert betrachtet.

Es kann insbesondere eine Ladeschaltung-Steuereinheit vorgesehen sein, die mit dem Wechselrichter ansteuernd verbunden ist, und die eingerichtet ist, diesen zum gesteuerten Gleichrichten anzusteuern (etwa gemäß einer Sollspannung oder einem Sollstrom an der Gleichspannungsseite). Zudem ist die Ladesteuereinheit ausgebildet, die Schaltung als Wechselrichter zu betreiben, um so in umgekehrter Richtung Leistung zu übertragen. Umfasst die Ladesteuereinheit eine fahrzeugbasierte Einheit oder ist einer entsprechenden Einheit nachgeschaltet, dann kann vorgesehen sein, dass die Ladesteuereinheit die Leistung reduziert oder den Wechselrichter abschaltet, wenn mindestens einer der Schwellenwerte innerhalb der fahrzeugbasierten Einheit überschritten wird. Als fahrzeugbasierte Einheit wird hierbei eine Vorrichtung beschrieben, die eingerichtet ist, in einem Fahrzeug untergebracht zu werden, insbesondere in einer Bordnetzsteuerung oder in einem Bordnetz. Die Einheit dient dahingehend zur Speisung von fahrzeugexternen Lasten, als dass diese zur Ansteuerung des Wechselrichters ausgebildet ist oder zur Überwachung des Stroms, der von dem Wechselrichter abgegeben wird (einschließlich der Einzelströme an den Abgabestellen). Eine Ausführungsform sieht vor, dass neben Lasten, die an eine der Abgabestellen angeschlossen sind, auch fahrzeuginterne Verbraucher an den Wechselrichter angeschlossen sein können, um von diesen mit Wechselstrom betrieben zu werden. In diesem Fall wird vorzugsweise auch deren Strom gemessen und als zusätzliche Belastung innerhalb der Überwachung berücksichtigt, insbesondere als Last, die zum Gesamt-Wechselstrom, der über die Verteilstelle geführt wird, hinzukommt. Dadurch kann eine Überlastung durch eine interne Last, zusammen mit einer externen Last, überwacht werden. Das Verfahren kann auch in einer Fahrzeugladeschaltung implementiert sein, insbesondere in einer bidirektionalen Fahrzeugladeschaltung. Eine derartige Fahrzeugladeschaltung hat einen gesteuerten Gleichrichter, der in einem Ladezustand der Schaltung, etwa in einem Wechselstromladezustand, einen Ladewechselstrom gleichrichtet, um den gleichgerichteten Strom einem Gleichstromanschluss der Ladeschaltung (und ggf. einer daran angeschlossenen Batterie) auszugeben. Dieser Gleichrichter arbeitet in einem Rückspeisezustand der Schaltung als Wechselrichter, insbesondere als ein Wechselrichter wie er hierin beschrieben ist. Der Gleichrichter arbeitet im Rückspeisezustand als Wechselrichter, der ausgehend von der Gleichspannung am Gleichstromanschluss einen Wechselstrom an einem Wechselstromanschluss bzw. an einer Wechselstromseite des Gleichrichters (an entsprechenden Phasenpotentialen der Schaltung) erzeugt. An die Wechselstromseite des Gleichrichters ist eine Verteilstelle angeschlossen. Diese führt ausgehend von der Wechselstromseite des Gleichrichters zum einen zu mindestens einem ersten Wechselstromanschluss sowie zu einem zweiten Wechselstromanschluss. Die Verteilstelle verbindet diese Anschlüsse mit dem Gleichrichter. An den ersten und an den zweiten Wechselstromanschluss können Wechselstromabgabestellen angeschlossen werden; an einen der Wechselstromanschlüsse kann insbesondere ein Fahrzeugladeanschluss angeschlossen werden. Die Anschlüsse sind hierzu ausgebildet, insbesondere in Hinblick auf die Auslegung der Stromtragfähigkeit (die bei Verbindung mit einem Fahrzeugladeanschluss höher dimensioniert sein sollte als bei Verbindung mit einer Wechselstromabgabestelle). Ein erster Stromsensor ermittelt den Gesamt-Wechselstrom zwischen Gleichrichter (der als Wechselrichter betrieben wird) und der Verteilstelle. Mindestens ein zweiter Stromsensor ermittelt den mindestens einen ersten Wechselstrom, der von der Verteilstelle zu dem mindestens einen ersten Wechselstromanschluss fließt. Ein Differenzglied der Schaltung ermittelt den Wechselstrom, der von der Verteilstelle zu dem zweiten Wechselstromanschluss fließt als Differenz zwischen dem Gesamt-Wechselstrom und dem ersten Wechselstrom (bzw. der Summe aller ersten, gemessenen Wechselströme). Ein Vergleicher der Schaltung vergleicht den mindestens einen ersten (gemessenen) Wechselstrom mit einem zugehörigen Schwellenwert. Der Vergleich vergleicht ebenso den zweiten (ermittelten) Wechselstrom mit einem zugehörigen Schwellenwert. Wird einer der Schwellenwerte überschritten, dann ist die Schaltung eingerichtet, an einem (Signal-)Ausgang der Schaltung ein Überlastsignal abzugeben. Der Vergleicher kann zudem eingerichtet sein, auch den Gesamtstrom mit einem zugehörigen Schwellenwert zu vergleichen, um ein Überlastsignal bei Überschreitung des Schwellenwerts abzugeben (insbesondere an dem Ausgang).

Der Schwellenwert für denjenigen Wechselstrom, der zwischen der Verteilstelle und dem Fahrzeugladeanschluss fließt, ist vorzugsweise größer als der Schwellenwert für denjenigen Wechselstrom, der zwischen der Verteilstelle und einem der Wechselstromabgabestellen fließt. Dadurch wird insbesondere berücksichtigt, dass der Maximalstrom, der über den Fahrzeugladeanschluss in ein Versorgungsnetz rückgespeist werden kann, in einigen Ausführungsformen größer ist, als der Maximalstrom, der über eine Wechselstromabgabestelle abgegeben werden kann.

Die Fahrzeugladeschaltung ist insbesondere eine Wechselstrom-Ladeschaltung. Die Fahrzeugladeschaltung ist zum bidirektionalen Stromrichten ausgebildet. Der Fahrzeugladeanschluss bezeichnet einen Anschluss, der zum (AC-)Laden eines Fahrzeugs eingerichtet ist. Mit der hier beschriebenen Schaltung wird dieser Anschluss auch zur Rückspeisung verwendet. Der Wortbestandteil „Fahrzeuglade-“ soll somit dessen Funktion und Auslegung nicht beschränken auf das Laden, sondern definiert lediglich die Eignung zum Laden, neben der Eignung zum Rückspeisen. Der Fahrzeugladeanschluss kann auch als Fahrzeuganschluss oder Fahrzeuglade- und Rückspeiseanschluss bezeichnet werden.

Die Figur 1 dient zur näheren Erläuterung der hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen.

Die Figur 1 zeigt einen Wechselrichter WR und eine Gleichspannungsquelle GQ. Der von dem Wechselrichter abgegebene Gesamt-Wechselstrom IO wird zu einem Verteilerpunkt VP einer Verteilstelle V geführt. An diesem Verteilerpunkt VP beziehungsweise innerhalb der Verteilstelle teilt sich der Leistungspfad auf und es ergeben sich ein erster Wechselstrom 11 und ein zweiter Wechselstrom I2. Diese werden zu einer ersten Abgabestelle AS1 (Strom 11 ) bzw. zu einer zweiten Abgabestelle AS2 (Strom I2) geführt. An diese Abgabestelle sind Lasten K1 und K2 angeschlossen. Hierbei wird der erste Strom von der Verteilerstelle V zu einer ersten Buchse beziehungsweise Steckeinrichtung B1 geführt. In diese eine zweite Steckeinrichtung S1 eingesteckt. Die zweite Steckeinrichtung ist komplementär zur ersten Steckeinrichtung ausgebildet. Die zweite Steckeinrichtung S1 kann ein Stecker sein. Dieser kann zu einer Leitung führen, die wiederum an die Komponente K1 angeschlossen ist. Die zweite Steckeinrichtung S1 kann somit die zur Last K1 gehörige Steckeinrichtung sein. Insbesondere die erste Steckeinrichtung ist gemäß einer üblichen Haushaltssteckdose ausgebildet. Auch die zweite Abgabestelle AS2 weist ein vergleichbares Konstrukt auf mit einer ersten Steckeinrichtung B2 und einer zweiten Steckeinrichtung S2, die eingesteckt ist in die erste Steckeinrichtung B2. Die zweite Komponente K2 kann einen Verbraucher darstellen, dessen Stecker (zweite Steckeinrichtung S2) eingesteckt ist in die Steckeinrichtung B2.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass lediglich die erste Steckeinrichtung B1 , B2 Teil der Abgabestelle ist und somit Teil des Fahrzeugbordnetzes. Die zweiten Steckeinrichtungen S1 , S2 sind dann externe Steckelemente von externen Lasten.

Eine Möglichkeit sieht vor, dass der Stromsensor gemäß dem Bezugszeichen a in der ersten Steckeinrichtung B1 angeordnet ist, um den durch diese Steckeinrichtung B1 fließenden Strom als ersten Wechselstrom zu erfassen. Alternativ kann der Stromsensor angeordnet sein, wie mit dem Bezugszeichen b dargestellt ist. In diesem Fall ist der Stromsensor b in der zweiten Steckeinrichtung. Zumindest der Stromsensor b, wenn nicht zusätzlich auch die zweite Steckeinrichtung, wird vorzugsweise zur ersten Abgabestelle AS1 gezählt und somit zum Fahrzeugbordnetz. Somit kann der Stromsensor entweder in der ersten oder in der zweiten Steckeinrichtung der Abgabestelle vorgesehen sein. Eine weitere Möglichkeit ist in der rechten oberen Ecke in der gestrichelten Umrandung dargestellt. Dort ist eine alternative erste Abgabestelle AST dargestellt. Diese hat eine erste Steckeinrichtung B1 . In diese ist ein Zwischenadapter Z eingesteckt. Die zweite Steckeinrichtung S2 (die zur Last K1 führt) ist dann wiederum in den Zwischenadapter Z eingesteckt, sodass der Zwischenadapter Z die Elemente B1 und S1 verbindet. In der dargestellten Ausführungsform ist der Stromsensor c in den Zwischenadapter vorgesehen. Der Zwischenadapter Z kann eine Übermittlungseinrichtung T aufweist, die eingerichtet ist, die vom Stromsensor c erfassten Stromwerte zu übermitteln, insbesondere an die Einheit E. Ist der Zwischenadapter Z etwa mit Steckeinrichtung B1 verbunden, dann kann so der Zwischenadapter Z über die Übermittlungseinrichtung T die gemessenen Stromwerte 11 an die Einheit E übertragen. Der Sensor c ist hierzu vorzugsweise signalübertragend mit der Übermittlungseinrichtung T verbunden. Die Übermittlungseinrichtung T kann zum kabelgebundenen oder zur kabellosen Datenübertragung eingerichtet sein. Die Einheit E hat zum Empfang der Stromwerte, die von der Übermittlungseinrichtung T gesendet werden, vorzugsweise einen Empfänger, der dem Eingang S vorgeschaltet sein kann, oder der den Eingang S bildet. Der Empfänger ist zum Empfang von Signalen gemäß einem Datenübertragungsprotokoll eingerichtet, das auch von der Übermittlungseinrichtung T zur Datenübertragung verwendet wird.

Eine weitere Möglichkeit ist es, den Stromsensor in der Verteilstelle V unterzubringen, wie mit dem Bezugszeichen d dargestellt ist. Dort ist der Stromsensor in einem Leistungspfad vorgesehen beziehungsweise an diesen ström erfassend angekoppelt. Der von dem Verbindungspunkt VP der Verteilstelle V zu der ersten Steckeinrichtung beziehungsweise zu der ersten Abgabestelle AS1 führt.

Der Wechselrichter ist eingerichtet, den Gesamt-Wechselstrom IO zu ermitteln entweder durch Messen oder durch Berechnung anhand des aktuellen Betriebs. Es ist vorgesehen, den Strom I2 zu ermitteln durch Bilden der Differenz von IO und dem gemessenen Strom 11. Sowohl der Strom 11 als auch der Strom I2 wird mit einem jeweiligen Schwellenwert verglichen, der etwa den Nennstrom oder den Maximalstrom der angeschlossenen Abgabestelle entspricht. Diese können auch gleich sein und beispielsweise 16 Ampere betragen. Liegt auch nur einer dieser Werte über dem jeweiligen Schwellenwert, dann wird ein Überlastsignal US ausgegeben. Dieses kann dazu führen, dass eine Steuerung des Wechselrichters WR diesen deaktiviert oder zumindest dessen Leistung reduziert. Insbesondere kann auch vorgesehen werden, dass die Abgabestelle, über die derjenige Wechselstrom fließt, der den Schwellenwert überschreitet, abgetrennt wird. Hierzu kann ein Schalter vorgesehen sein, der etwa einer fahrzeugbasierten Einheit nachgeschaltet ist.

Es kann eine fahrzeugbasierte Einheit zur Speisung von fahrzeuginternen Lasten vorgesehen sein. Diese kann als reine Steuerung ausgebildet sein, die zur Darstellung dieser Funktion ansteuernd an einen Wechselrichter angeschlossen sein kann, oder kann auch als Leistungseinheit vorgesehen sein, die den Wechselrichter umfasst. Insbesondere kann eine Auswerteeinheit E vorgesehen sein, die sowohl den Gesamt-Wechselstrom IO als auch den mindestens einen Wechselstrom 11 erfassen kann. Hierzu hat diese Eingänge in Form des Gesamtstrom-Messeingangs G für den Gesamt-Wechselstrom als auch mindestens einen Einzelstrom-Messeingang S zur Erfassung des Stroms 11 (erster Wechselstrom). Die entsprechende datenübertragende Verbindung ist gestrichelt in symbolischer Weise dargestellt. Die Einheit E kann Teil des Wechselrichters WR sein oder einer Ansteuerung des Wechselrichters WR. Die Einheit verfügt ferner über ein Subtraktionsglied M, das von dem Einzelstrom-Messeingang S und dem Gesamtstrom-Messeingang G die betreffenden Werte erhält, um diese voneinander abzuziehen. Die entstehende Differenz wird einem Vergleicher x eingegeben.

Dieser Vergleicher x vergleicht die Differenz, die dem Strom I2 entspricht, mit einem zugehörigen Schwellenwert. Zudem ist der Einzelstrom-Messeingang S auch mit dem Vergleicher x verbunden, sodass der Vergleicher x auch den Strom I2 (Empfang über den Einzelstrom-Messeingang S) mit einem zugehörigen Schwellenwert vergleichen kann. Der Vergleicher x ist eingerichtet, ein Überlastsignal OS abzugeben, wenn zumindest einer der Schwellenwerte überschritten wird. Hierzu kann der Vergleicher eine stromindividuelle Abgabeschnittstelle vorsehen, die angibt, dass mindestens ein Schwellenwert überschritten wurde, und vorzugsweise zudem angibt, welcher der Ströme (11 oder I2) den Schwellenwert übersteigt, um so beispielsweise über eine nicht dargestellte Steuerung die betreffende Abgabestelle abzustellen. Der Vergleicher x ist insbesondere auch ausgebildet, den Gesamtstrom-Messeingang beziehungsweise den Strom I2 mit einem betreffenden (höheren) Schwellenwert zu vergleichen, um auch eine Überlastung des Wechselrichters WR erfassen zu können. Jedoch ist diese Möglichkeit nur in bestimmten Ausführungsformen so vorgesehen, während andere Ausführungsformen keinen Vergleich des Gesamt-Wechselstroms IO mit einem zugehörigen Schwellenwert vorsehen.

Es kann mindestens eine interne Wechselstrom-Steckdose im Fahrzeug beziehungsweise in dem Fahrzeugbordnetz vorgesehen sein. Diese Wechselstrom-Steckdose entspricht insbesondere einer der Abgabestellen. Es können auch mehrere derartige Abgabestellen vorgesehen sein. Der Summenstrom, das heißt die Summe der Wechselströme, die durch die betreffenden Abgabestellen fließen, kann mit nur einem Stromsensor zentral gemessen werden, insbesondere einem Stromsensor, der vor der Verteilstelle V vorgesehen ist. Die Zuleitung zu all den Abgabestellen kann mit dem gleichen Leistungsquerschnitt vorgesehen sein, beispielsweise ausgelegt für eine bestimmte Nenn- oder Maximastromstärke. Diese kann beispielsweise 10 Ampere betragen. Sind die Zuleitungen, die zu den Abgabestellen führen, alle gleich ausgelegt (etwa in Hinblick auf die Stromtragfähigkeit), dann können auch die Schwellenwerte beziehungsweise die betreffenden Abgabestellen oder Steckelemente für die gleiche Stromstärke ausgelegt sein.

Insbesondere kann ein Zwischenadapter vorgesehen sein, der nicht nur den Stromsensor, sondern auch eine Übertragungseinheit zur Abgabe des gemessenen Stroms überträgt. Auf diese Weise kann dann eine daran angeschlossene Abgabestelle autorisiert werden, Ströme abzugeben, die nur von den hier beschriebenen Verfahren begrenzt sind, jedoch nicht von einer Sicherung oder Ähnliches. Mit anderen Worten kann eine derartige Abgabestelle mit einer höheren Stromstärke besichert sein als es der zugehörige Schwellenwert wiedergibt.

Es kann ein Bordnetz vorgesehen sein, das einen derartigen Wechselrichter umfasst, der einen Gleichspannungseingang hat zum Anschluss an einen Akkumulator. Ferner weist ein derartiges Bordnetz die hier beschriebenen Komponenten auf, insbesondere die Abgabestellen AS1 , AS2 und die Verteilstelle V. Ein derartiges Bordnetz kann auch mit einer fahrzeugbasierten Einheit ausgerüstet sein, wie sie hierin beschrieben ist, und/oder mit einer Auswerteeinheit E, wie sie hierin dargestellt ist. Die Einheit kann ferner in dem Zwischenadapter vorgehen sein. Mit anderen Worten kann der Zwischenadapter mit der Einheit ausgestattet sein bzw. ist mit dem Subtraktionsglied M, mit dem Vergleicher x, dem Gesamtstrom-Messeingang G und/oder dem Einzelstrom-Messeingang S ausgestattet.

Ist die Verteilstelle und der Wechselrichter integriert in einer gemeinsamen Schaltung (etwa einer Fahrzeugladeschaltung), dann erfasst ein erster Sensor den Strom IO und ein zweiter Sensor d den Wechselstrom 11 . Der Wechselstrom I2 kann dann als Differenz berechnet werden. Die so gemessenen und berechneten Ströme 11 , I2 können dann mit einem Schwellenwert verglichen werden und es kann ein Überlastsignal OS abgegeben werden, wenn zumindest einer der Schwellenwerte überschritten wird. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die gemeinsame Schaltung einen ersten Wechselstromanschluss aufweist, an den ein Fahrzeugladeanschluss angeschlossen ist, und einen zweiten Wechselstromanschluss aufweist, an den eine Wechselstromabgabestelle angeschlossen ist. Der Fahrzeugladeanschluss kann auch verwendet werden, um Wechselstrom an ein externes Wechselstromnetz rückzuspeisen. Die Überprüfung mittels der Schwellenwerte erlaubt die Einzelüberwachung Ströme, die zu dem Fahrzeugladeanschluss und der Wechselstromabgabestelle fließen in dem Sinne, dass bei Überschreitung eines zugehörigen Schwellenwerts ein Überlastsignal abgegeben wird.