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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Ladevorgangs einer Energiespeichereinrichtung eines Kraftfahrzeugs an einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung. Die Ladevorrichtung umfasst dabei mindestens einen Überwachungssensor, der dazu ausgelegt ist, eine Veränderung der Lage des Kraftfahrzeugs bezüglich der Ladevorrichtung zu erfassen.
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Die Integration einer Standcrasherkennung in elektrifizierte Kraftwagenkonzepte ermöglicht es, während der Ladephasen von Elektrokraftwagen an einer Ladesäule einen Crash zu erkennen und den Ladevorgang abzuschalten. Dies ist ein wichtiger Aspekt bei der Sicherheit des Ladeprozesses, da dadurch Gefährdungen minimiert werden. Bislang sind zu diesem Zwecke Bordsysteme im Kraftwagen verbaut, wie z. B. extra Beschleunigungssensoren inkl. Auswerteeinheit.
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Die
EP 2 362 362 A1 beschreibt ein Verfahren zum Laden von Elektrofahrzeugen in geographisch verteilten Ladestationen, bei welchem einem Elektrofahrzeug eine verfügbare Ladestation zugeteilt wird. Das Freischalten der Ladestation erfolgt automatisch, wenn ein Fahrzeug z. B. über Funklokalisation detektiert wird. Der Ladevorgang wird überwacht und bei einer Störung, Unterbrechung oder Abweichung des Ladevorgangs kann mit einer Kamera ein Bild des Fahrzeugs gemacht werden.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 039 913 A1 ist ein Verfahren zur Abschaltung eines Hochvoltsystems in einem Elektrofahrzeug bei einem Unfall während der Fahrt oder auch im Stand beim Laden an einer Steckdose bekannt. Ein internes Hochvoltsystem des Kraftfahrzeugs wird abgeschaltet, wenn ein Aufprallsensor des Fahrzeugs ein entsprechendes Signal übermittelt.
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Nachteilig ist am Stand der Technik jedoch, dass ein Aufprallsensor im Fahrzeug nur auf einen Aufprall, also z. B. eine Beschleunigung oder eine Druckänderung, reagiert, wenn ein bestimmter Schwellenwert überschritten wird. Setzt sich das Fahrzeug nicht ruckartig in Bewegung, reagiert ein solcher Aufprallsensor nicht. Außerdem wird nur der Stromkreis des Kraftfahrzeugs unterbrochen. Schäden an der Ladesäule können weiterhin eine Brand- oder Verletzungsgefahr darstellen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuerungssystem bereitzustellen, welches Personen- und Materialschäden bei einem Ladevorgang zuverlässiger verhindert.
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Diese Aufgabe wird von dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe von einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung gemäß dem Patentanspruch 7 und einer erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung gemäß dem Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
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Die Erfindung basiert auf der Idee, eine Erkennung einer Veränderung einer Lage eines Kraftfahrzeugs, z. B. eine Standcrasherkennung, in die Ladevorrichtung zu integrieren. Dadurch können Sensor und Ladevorrichtung optimal aufeinander abgestimmt werden, sodass eine optimale Kommunikation zwischen Sensor und Ladevorrichtung erreicht wird. Bei z. B. einem Aufprall eines Kraftfahrzeugs auf ein angeschlossenes Fahrzeug kann so der Stromfluss in der Ladevorrichtung unterbrochen und/oder die Ladesäule abgeschaltet werden, sodass auch eine Gefährdung durch z. B. ein abgerissenes Ladekabel verhindert wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Ladevorgangs einer Energiespeichereinrichtung eines Kraftfahrzeugs, z. B. einer Traktionsbatterie, erfolgt die Lageerkennung an einer Ladevorrichtung durch mindestens einen Überwachungssensor, der zumindest eine Veränderung der Lage des Kraftfahrzeugs bezüglich der Ladevorrichtung erfasst. Er kann auch die absolute Lage des Fahrzeugs ermitteln. Es ergibt sich der Vorteil, dass im Kraftfahrzeug keine zusätzlichen Sensoren oder Steuergeräte eingebaut werden müssen, sodass das Kraftfahrzeug ein niedrigeres Kraftfahrzeuggewicht hat und dem Kraftfahrzeugbesitzer keine zusätzlichen Kosten entstehen.
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Eine Veränderung der Lage kann eine Absolutverlagerung des Kraftfahrzeugs sein, die durch z. B. Wegstoßen, Wegrollen oder Wegschieben erfolgt. Die Messgröße des Sensors ist dann z. B. der Abstand des Kraftfahrzeugs zur Ladesäule oder eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs. Eine Veränderung der Lage kann ebenfalls durch eine Verlagerung der Fahrzeugkonturen erfolgen, z. B. bei einem Standcrash, wenn das Auto stark schwankt, aber auf der Stelle stehen bleibt.
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Ein Überwachungssensor kann z. B. einen Abstandssensor, einen Beschleunigungssensor, einen Aufprallsensor, ein Kamerasystem, eine Lichtschranke oder eine Induktionsschleife umfassen.
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Eine Auswerteeinrichtung der Ladevorrichtung, also die technische Einrichtung zur Datenverarbeitung, kann ein Signal des jeweiligen mindestens einen Sensors empfangen. Dieses Signal umfasst einen Istwert der Messgröße. Ein solcher Istwert des Signals wird in der Auswerteeinrichtung mit einem Sollwert für dieses Sensorsignal verglichen. Stimmen Istwert und Sollwert überein, so wird der Ladevorgang ungehindert weitergeführt. Weicht der Istwert jedoch von dem Sollwert um ein vorbestimmtes Maß ab, so erzeugt die Auswerteeinrichtung ein Signal und überträgt dieses Signal an eine Steuereinrichtung, also an eine Datenverarbeitungseinrichtung, die die Ladevorrichtung steuert. Die Steuereinrichtung unterbricht bei Empfang des Signals der Auswerteeinrichtung den Ladevorgang.
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Der Sollwert ist ein Referenzwert der Lage des Kraftfahrzeugs bei ungestörtem Ladevorgang. Er kann ein gleichbleibender vorgegebener Wert sein, z. B. ein Abstand des Fahrzeugs zu einer Markierung, innerhalb derer das Kraftfahrzeug für den Ladevorgang geparkt werden soll. Der Sollwert kann auch zu einem ersten Zeitpunkt, z. B. vor oder bei Beginn des Ladevorgangs, von dem Sensor festgelegt werden, wenn das Kraftfahrzeug an der Ladevorrichtung steht und z. B. der Stecker des Ladekabels in das Kraftfahrzeug eingesteckt ist oder wenn z. B. der Ladevorgang freigegeben wird (d. h. bei Beginn des Stromflusses durch das Ladekabel). Je nach Art des Sensors kann der Sollwert dann z. B. ein erstes Foto oder Videobild eines Kamerasystems oder ein Abstand des Kraftfahrzeugs zu der Ladevorrichtung sein.
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Der Istwert ist in diesem Fall eine Messgröße, die zu mindestens einem weiteren späteren Zeitpunkt aufgenommen wird als der Sollwert.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann die Auswerteeinrichtung den Istwert des Sensorsignals mit einem Toleranzbereich des Sollwerts vergleichen. Das Signal zur Unterbrechung des Ladevorgangs wird von der Auswerteeinrichtung nur erzeugt, falls der Istwert außerhalb des Toleranzbereichs des Sollwerts liegt. Dies fördert die Robustheit des Verfahrens. Außerdem kann die Empfindlichkeit des Systems eingestellt werden, z. B. wenn unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes, z. B. bei leichtem Zurechtrücken des Autos, keine Unterbrechung des Ladevorgangs erfolgen soll.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kraftfahrzeug während des Ladevorgangs mit der Ladevorrichtung durch ein Ladekabel verbunden. Beschädigungen des Ladekabels bei einem gestörten Ladevorgang stellen eine besondere Gefahr dar, weswegen das Verfahren in dieser Ausführungsform besonders hilfreich ist.
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Die oben gestellte Aufgabe wird ebenfalls durch eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung, z. B. eine Ladesäule, zur Ausführung einer der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst.
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Die oben gestellte Aufgabe wird ebenfalls durch eine Auswerteeinrichtung zur Überwachung eines Ladevorgangs einer Energiespeichereinrichtung eines Kraftfahrzeugs an einer Ladevorrichtung gelöst, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt ist, einen die Auswerteeinrichtung betreffenden Verfahrensschritt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des oben erläuterten Verfahrens auszuführen. Eine Auswerteeinrichtung kann z. B. eine Schaltung, ein integrierter Schaltkreis, ein Mikrocontroller, ein Programm für einen Mikrocontroller oder ein Datenträger mit einem darauf gespeicherten Programmcode zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sein, insbesondere ein entsprechendes Bildverarbeitungssystem eines Kamerasystems.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen noch einmal durch konkrete Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dazu zeigt:
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1 eine Skizze zu einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei zu einem ersten Zeitpunkt ein Sollwert einer Messgröße über einen Überwachungssensor aufgenommen wird (1A) und zu einem zweiten Zeitpunkt ein Istwert der Messgröße über den Überwachungssensor aufgenommen wird (1B).
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2 eine Skizze zu einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In dem in der 1 dargestellten Beispiel ist das dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Prinzip veranschaulicht.
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Ein Kraftfahrzeug 10, z. B. ein Personenkraftwagen mit Elektroantrieb, steht an einer Ladevorrichtung 12, z. B. einer Ladesäule zum Aufladen von Elektrokraftfahrzeugen. Das Kraftfahrzeug 10 kann z. B. ein elektrifizierter oder teilelektrifizierter Personenkraftwagen, also z. B. ein Personenkraftwagen mit Elektroantrieb, ein Hybridkraftwagen, ein Kraftwagen mit Wasserstoffspeicher oder ein Plug-in-Hybrid-Kraftwagen (ein sogenannter „Steckdosenhybrid”), sein. Ein Kraftfahrzeug 10 kann jedoch auch ein Elektrofahrrad oder ein Elektromobil sein. Die 1A zeigt das Kraftfahrzeug 10 zu einem Zeitpunkt, an dem das Ladekabel 14 an das Kraftfahrzeug 10 soeben eingesteckt wurde. Eine Steuereinrichtung 20 der Ladevorrichtung 12 gibt den Ladevorgang frei (S10), sodass Strom durch das Ladekabel 14 fließt (S20) und die Energiespeichereinrichtung des Kraftfahrzeugs, z. B. eine Traktionsbatterie, aufgeladen wird. In diesem Moment misst ein Überwachungssensor 18, z. B. ein Ultraschallsensor, z. B. eine Distanz d0 zwischen der Ladevorrichtung 12 und dem Kraftfahrzeug 10 (S30). Der Ultraschallsensor 18 erfasst damit die Lage des Kraftfahrzeugs 10 bezüglich der Ladevorrichtung 12.
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Anstelle oder zusätzlich zu dem Ultraschallsensor 18 kann als ein Überwachungssensor ein Beschleunigungssensor, ein Aufprallsensor, ein Kamerasystem, ein andersartiger Abstandssensor (z. B. ein Lidar („Light detection and ranging”), ein Ladar („Laser detection and ranging”) oder ein Radar) oder eine Induktionsschleife umfassen. Der Überwachungssensor 18 kann in die Ladevorrichtung 12 integriert sein. Der Überwachungssensor 18 kann alternativ z. B. über eine Funk- oder Kabelverbindung mit der Ladevorrichtung 12 verbunden sein. Erfindungsgemäß bildet der Überwachungssensor 18 auch in letzterem Fall keine strukturelle oder funktionelle Einheit mit dem Kraftfahrzeug 10, ist also, in Bezug auf das Kraftfahrzeug 10 gesehen, ein fahrzeugexterner Überwachungssensor 18. Indem der Überwachungssensor 18 dauerhaft mit der Ladevorrichtung verbunden ist, können Überwachungssensor 18 und Ladevorrichtung 12 aufeinander abgestimmt werden und problemlos kommunizieren.
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Das Signal des Ultraschallsensors 18 wird von der Auswerteeinrichtung 16, z. B. einem integrierten Schaltkreis der Ladevorrichtung 12, empfangen (S40). Die Distanz d0 ist hier ein Sollwert 22 des Abstands des Kraftfahrzeugs zu der Ladevorrichtung 12 während des Ladevorgangs.
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1B zeigt das Kraftfahrzeug 10 zu einem späteren Zeitpunkt. Das Ladekabel 14 ist noch in das Kraftfahrzeug 10 eingesteckt. Das Kraftfahrzeug 10 rollt plötzlich z. B. nach vorne oder wird weggeschoben. Das Kraftfahrzeug 10 hat also seine ursprüngliche Position 10' verlassen. Der Überwachungssensor 18 misst in diesem Moment z. B. eine Distanz d1 zwischen der Ladevorrichtung 12 und dem Kraftfahrzeug 10 (S30), die nun größer ist als d0. Es besteht also eine Differenz Δd zwischen d1 und d0. Das Signal des Ultraschallsensors 18 wird von der Auswerteeinrichtung 16 empfangen (S40) und stellt einen Istwert 24 dar. Die Auswerteeinrichtung 16 vergleicht den Istwert 24 (d1), mit dem Sollwert 22 (d0), (S50). Der Istwert 24 d1 stimmt nicht mit dem Sollwert 22 d0 überein. Die Differenz Δd ist größer als ein Toleranzwert. Die Auswerteeinrichtung 16 erzeugt deshalb ein Signal 26 zum Abschalten des Ladevorgangs (S60). Dieses Signal 26 wird von der Auswerteeinrichtung 16 an eine Steuereinrichtung 20, z. B. eine Schaltung mit einer Leistungsverstärkung, übertragen (S70). Die Steuereinrichtung 20 unterbricht den Ladevorgang (S80) indem sie einen Schalter öffnet, sodass kein Strom mehr durch das Ladekabel fließt (S90).
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel, im Folgenden in Verbindung mit der 2 erläutert, umfasst eine Ladevorrichtung 12 z. B. ein Kamerasystem 18 als Überwachungssensor. Funktionsgleiche Elemente weisen in 1 und 2 dieselben Bezugszeichen auf. Das Kamerasystem 18 überwacht ein Kraftfahrzeug 10 von einer Fahrzeugseite her (S30). Zusätzlich oder alternativ kann die Ladevorrichtung 12 einen weiteren Überwachungssensor 18', z. B. einen Bewegungssensor oder einen Aufprallsensor, der in den Stecker des Ladekabels 14 integriert ist, umfassen.
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Im in der 2 gezeigten Beispiel liegt in einer Auswerteeinrichtung 16 der Ladevorrichtung 12 bereits ein Sollwert 22 der Kraftfahrzeuglage in Form eines Referenzbildes vor, der von dem Kamerasystem 18 aufgenommen wurde. Es liegt ebenfalls ein Sollwert 22' des Beschleunigungs- oder Aufprallsensors 18' vor. Ein anderes Kraftfahrzeug 28 rammt das Kraftfahrzeug 10 (S100). Das Kraftfahrzeug 10 bleibt zwar auf der gleichen Stelle stehen, schwankt jedoch stark. Das Kamerasystem 18 macht in diesem Moment z. B. eine Bildaufnahme, in der die Konturen des Kraftfahrzeugs 10 aufgrund der Schwankung verschoben abgebildet sind. Diese Bildaufnahme wird als Signal von der Auswerteeinheit 20 empfangen (S40). Von dem hier zusätzlichen Überwachungssensor 18' empfängt die Auswerteeinheit 20 einen Istwert 24' eines Signals, dass eine Beschleunigung, Druckänderung oder Körperschalländerung erfasst hat (S40'). Die Auswerteeinheit 20 vergleicht die Istwerte 24 und 24' mit den bereits vorliegenden, zu den jeweiligen Überwachungssensoren 18 und 18' gehörigen Sollwerten 22 und 22' (S50). Der Sollwert 22 ist in diesem Fall ein Bild des Kamerasystems 18, das zum Zeitpunkt der Freigabe des Ladevorgangs gemacht wurde. Bei dem Vergleich von Sollwert 22 und Istwert 24 werden die beiden Kamerabilder, die zu den unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen wurden, miteinander verglichen.
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Die Istwerte 24 und 24' stimmen nicht mit den jeweiligen dazugehörigen Sollwerten 22 und 22' überein. Die Auswerteeinrichtung 16 erzeugt jeweils ein Signal 26 zum Abschalten des Ladevorgangs (S60), welches jeweils von der Steuereinrichtung 20 empfangen (S70) wird. Die Steuereinrichtung unterbricht den Ladevorgang (S80), z. B. indem die Ladesäule abgeschaltet wird, sodass kein Strom mehr durch das Ladekabel fließt (S90).
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Durch die Beispiele ist die Implementierung eines Systems zur Lageerkennung des Kraftwagens gezeigt. Durch die Lageerkennung können auch etwaige Beschleunigungen des Kraftwagens abgeleitet werden und dadurch eine Standcrasherkennung realisiert werden. Durch die Erkennung des Standcrashs kann die Ladesäule abgeschaltet werden bzw. die Ladung unterbrochen werden. Dadurch reduziert sich die Gefährdung aufgrund des Ladevorgangs.
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Das Lageerkennungssystem kann entweder mithilfe eines Kamerasystems inklusive Bildverarbeitungssystem oder mithilfe von Abstandssensoren realisiert werden. Auch andere technische Möglichkeiten zur Verlagerung einer Standcrasherkennung in die Ladesäule sind denkbar.
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Die obigen Ausführungsbeispiele zeigen, wie das erfindungsgemäße Verfahren für eine erhöhte Sicherheit sorgt. Es sind zudem im Kraftwagen keine zusätzlichen Sensoren oder Steuergeräte notwendig, sodass der Kraftwagen ein niedrigeres Kraftwagengewicht hat und niedrigere Kosten entstehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2362362 A1 [0003]
- DE 102009039913 A1 [0004]
