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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
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Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge und Plug-In Hybridfahrzeuge verfügen über elektrische Ladeschnittstellen, über welche im Fahrzeug vorhandene Energiespeicher, z. B. eine Traktionsbatterie oder Bordnetzbatterie, aufladbar sind. Das Aufladen erfolgt über eine externe Stromversorgungseinrichtung, z. B. über ein Ladekabel, welches an einer Ladesäule angeordnet ist. Zum Laden des elektrischen Energiespeichers ist ein Ladegerät notwendig, welches die externe Stromversorgung mit dem elektrischen Energiespeicher koppelt und den Ladevorgang steuert. Die oben genannten Fahrzeuge verfügen dazu über sogenannte On-Board-Ladegeräte, die in den Fahrzeugen angeordnet sind. Für solche Ladegeräte und den entsprechend zugehörigen Schnittstellen sind die Normen SAE J1772 und IEC 61851-1 bekannt, welche Funktionen und Signalisierung der Schnittstellen beschreiben. In der Signalisierung spielen die Signalkontakte „Pilotkontakt” und „Proximity-Schalter” eine wesentliche Rolle, wobei die externe Stromversorgung ein sogenanntes Pilotsignal erzeugt, welches über den Pilotkontakt in das Fahrzeugladesystem eingespeist wird, sobald das Fahrzeug mit der Stromversorgung gekoppelt ist. Mittels des Proximity-Schalters sind Informationen bezüglich des möglichen Ladestroms an die Stromversorgung übermittelbar.
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Aus der
DE 10 2011 082 736 A1 ist eine Steuervorrichtung zum Ansteuern eines Fahrzeugladesystems, ein Fahrzeugladesystem sowie ein Verfahren zum Aktivieren eines Fahrzeugladesystems bekannt. Das Verfahren sieht vor, dass
- – ein pulsbreitenmoduliertes Pilotensignal von einer Stromnetzkopplungseinrichtung empfangen wird,
- – Spannungspulse des Pilotensignals zu einer Aktivierungsspannung akkumuliert werden,
- – die Aktivierungsspannung mit einem Aktivierungsspannungsschwellwert verglichen wird,
- – ein Aktivierungssignal für ein Steuergerät aus einer Bordnetzversorgungsspannung des Fahrzeugladesystems in Abhängigkeit von dem Vergleich erzeugt wird, und
- – das Fahrzeugladesystem durch das Steuergerät in Abhängigkeit von dem Aktivierungssignal angesteuert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs anzugeben.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Vorrichtung durch die in Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs sieht vor, dass eine Fahrzeugladevorrichtung lösbar mit einer externen Stromversorgungseinheit über eine Stromnetzkopplungseinheit gekoppelt wird. Erfindungsgemäß wird eine Erfassungseinheit vorgesehen, mittels welcher eine Ladeklappenposition einer an dem Fahrzeug angeordneten und im geschlossenen Zustand eine Ladebuchse der Fahrzeugladevorrichtung verschließenden Ladeklappe ermittelt wird.
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Das Verfahren ermöglicht es, eine lösbare Kopplung der externen Stromversorgungseinheit mit der Fahrzeugladevorrichtung zuverlässig zu erkennen, selbst wenn die Kopplung nur teilweise, d. h. nicht vollständig, erfolgt. Wie bereits eingangs beschrieben, gibt es für Steckverbindungen und Lademodi von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen und Plug-In Hybridfahrzeugen bestimmte Normen, z. B. SAE J1772 und IEC 61851-1, welche für bestimmte Staaten bindend sind. Außerhalb des Geltungsbereichs dieser Normen gibt es andere entsprechende Normen, welche nicht konform zu den oben genannten Normen sind. D. h., befindet sich ein Fahrzeugführer mit seinem Fahrzeug, welches ein Fahrzeugladesystem entsprechend einer der genannten Normen aufweist, in einem Staat in dem andere Normen gelten, so ist es möglich, dass ein Stecker einer externen Stromversorgung möglicherweise nicht vollständig in die Fahrzeugladebuchse einsteckbar ist. Um den Fahrzeugführer ungeachtet dessen die Möglichkeit zu geben, den elektrischen Energiespeicher seines Fahrzeugs aufzuladen, bedient sich das Verfahren der Auswertung der Ladeklappenposition der Fahrzeugladevorrichtung. Die Erfassungseinheit erkennt somit, ob die Ladeklappe geöffnet oder geschlossen ist. Bei einer geschlossenen Ladeklappe kann davon ausgegangen werden, dass keine Kopplung der externen Stromversorgungseinheit mit der Fahrzeugladevorrichtung erfolgt ist. Mittels der Auswertung der Ladeklappenposition ist dabei nur eine softwareseitige Anpassung eines Ladegeräts der Fahrzeugladevorrichtung notwendig, so dass keine kostenintensiven Erweiterungen physischer Komponenten in der Fahrzeugladevorrichtung notwendig sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine externe Stromversorgungseinheit mit einer Fahrzeugladevorrichtung eines Fahrzeugs in einer ersten Ausführungsform und
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2 schematisch eine externe Stromversorgungseinheit mit einer Fahrzeugladevorrichtung eines Fahrzeugs in einer zweiten Ausführungsform.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils eine Stromnetzkopplungseinheit 1, welche mit einer Fahrzeugladevorrichtung 2 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs zum Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs gekoppelt ist. Bei dem elektrischen Energiespeicher handelt es sich beispielsweise um eine Batterie, insbesondere um eine Traktionsbatterie, des Fahrzeuges.
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Die vorliegenden Ausführungsbeispiele zeigen dabei jeweils ein Anschlussschema gemäß der bekannten Norm SAE J1772. Auf die detaillierte Funktionsweise der Signalisierung des gezeigten Anschlussschemas wird dabei nicht näher eingegangen, da diese dem Stand der Technik entnehmbar ist.
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Die Stromnetzkopplungseinheit 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als sogenannte „Electric Vehicle Supply Equipment”, kurz: EVSE, ausgebildet und umfasst eine Steuereinheit 1.1 sowie ein Kopplungsteil 1.2, welches insbesondere als Stecker ausgebildet ist.
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Die Steuereinheit 1.1 umfasst dabei eine nicht näher dargestellte Elektronik, damit erforderliche Funktionen und Aufgaben der Steuereinheit 1.1 durchführbar sind, sowie ein nicht näher dargestelltes Kabel, um das Kopplungsteil 1.2 mit einer ebenfalls nicht dargestellten externen Stromversorgungseinheit zu koppeln.
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Das Kopplungsteil 1.2 weist an seiner dem Fahrzeug zugewandten Seite nicht näher dargestellte Kontaktstifte auf, welche in korrespondierende Kontaktöffnungen einer Ladebuchse 2.1 der Fahrzeugladevorrichtung 2 einsteckbar sind, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen der Stromnetzkopplungseinheit 1 und der Fahrzeugladevorrichtung 2 möglich ist. Ist ein Kontaktstift in eine Kontaktöffnung eingesteckt, ist ein Kontakt 1.2.1, 1.2.2 gebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt ein erster Kontakt 1.2.1 einen Stromnetznäheanschluss, auch als sogenannte Proximity-Steuerleitung bekannt, und ein zweiter Kontakt 1.2.2 einen Schutzleiterkontakt dar. Das Kopplungsteil 1.2 kann zusätzlich weitere Kontaktstifte, z. B. zwei stromführende Kontaktstifte und einen Pilotkontakt, aufweisen. Darüber hinaus umfasst das Kopplungsteil 1.2 einen Schalter 1.2.3, einen ersten Widerstand 1.2.4 mit beispielsweise 150 Ohm und einen zu dem Schalter 1.2.3 elektrisch parallel geschalteten zweiten Widerstand 1.2.5 mit beispielsweise 330 Ohm, auf die hier nicht näher eingegangen wird.
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Die Ladebuchse 2.1 ist durch eine Ladeklappe oder Ladekappe verschließbar. Zur Kopplung des Kopplungsteils 1.2 mit der Ladebuchse 2.1 wird die Ladeklappe geöffnet. Mittels des ersten Kontakts 1.2.1 kann ein maximal möglicher Ladestrom an die Fahrzeugladevorrichtung 2 übermittelt werden. Zur Regelung des Ladestroms wird zwischen den ersten Kontakt 1.2.1 und zweiten Kontakt 1.2.2 ein dritter Widerstand 2.1.1 parallel zum ersten Widerstand 1.2.4 geschaltet, wobei der dritte Widerstand 2.1.1 in den vorliegenden Ausführungsvarianten der 1 und 2 z. B. 400 Ohm beträgt.
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Zur Kopplungserkennung zwischen Fahrzeugladevorrichtung 2 und Stromnetzkopplungseinheit 1 ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass über den hier nicht gezeigten Pilotkontakt ein durch die Stromnetzkopplungseinheit 1 generiertes Pilotsignal in die Fahrzeugladevorrichtung 2 eingespeist wird. Das Pilotsignal kann mit einer vorbestimmten Betriebsspannung von beispielsweise 12 Volt generiert werden. Die Stromnetzkopplungseinheit 1 erfasst die vorbestimmte Betriebsspannung des Pilotsignals und ermittelt damit, ob eine Kopplung zwischen der Stromnetzkopplungseinheit 1 und der Fahrzeugladevorrichtung 2 besteht. Bei bestehender Kopplung senkt die Fahrzeugladevorrichtung 2 die Betriebsspannung des Pilotsignals mittels eines im Steuergerät 2.2 integrierten, hier nicht dargestellten Widerstands, beispielsweise von 12 Volt auf 9 Volt. Der Widerstand betragt z. B. 2740 Ohm. Das Steuergerät 2.2. umfasst weiterhin einen vierten Widerstand 2.2.1, z. B. mit 330 Ohm, welcher einer Versorgungsleitung mit einer Versorgungsspannung von +5 Volt nachgeschaltet ist.
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Wird die reduzierte Betriebsspannung des Pilotsignals von der Stromnetzkopplungseinheit 1 erkannt, erzeugt diese ein pulsweitenmoduliertes Pilotsignal, z. B. eine 1 kHz Rechteckschwingung. Das pulsweitenmodulierte Pilotsignal wird von einem in der Fahrzeugladevorrichtung 2 integrierten Steuergerät 2.2 erfasst, welches die Fahrzeugladevorrichtung 2 daraufhin entsprechend ansteuert um den elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs aufzuladen. Die in den 1 und 2 gezeigten sowie oben beschriebenen Komponenten der Stromnetzkopplungseinheit 1 sowie der Fahrzeugladevorrichtung 2 bilden dabei einen sogenannten Proximity-Schaltkreis, mittels dessen eine Kopplung zwischen Stromnetzkopplungseinheit 1 und Fahrzeugladevorrichtung 2 erkennbar ist.
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Ist eine vollständige Kopplung des Kopplungsteils 1.2 mit der Ladebuchse 2.1 nicht möglich, so kann mittels des oben beschriebenen Prinzips nicht erkannt werden, ob die Stromnetzkopplungseinheit 1 mit der Fahrzeugladevorrichtung 2 verbunden ist. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn das Kopplungsteil 1.2 gemäß einer anderen als der oben genannten Normen als die Ladebuchse 2.1 ausgebildet ist. Beispielsweise weist das Kopplungsteil 1.2 keinen zweiten Widerstand 1.2.5 auf und der erste Widerstand 1.2.4 beträgt statt 150 Ohm z. B. 220 Ohm oder 680 Ohm und/oder die Länge des Kontaktstifts des Kopplungsteils 1.2, mittels dessen der Proximity-Kontakt hergestellt wird, ist kürzer ausgebildet als die Länge der korrespondierenden Kontaktöffnung der Ladebuchse 2.1.
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Um dieses Problem zu lösen, ist eine Erfassungseinheit 2.1.2 vorgesehen, welche beispielsweise in der Ladebuchse 2.1 angeordnet ist. Die Erfassungseinheit 2.1.2 ist gemäß einer möglichen Ausführung als ein Magnetfeldsensor, insbesondere als ein Hall-Sensor, ausgebildet. Die Erfassungseinheit 2.1.2 kann als ein analoger oder als ein digitaler Hall-Sensor ausgebildet sein. Beispielsweise weist die Erfassungseinheit 2.1.2 zusätzlich einen Schwellenwertschalter auf, wobei ein Schaltvorgang ausgelöst wird, wenn eine von der Erfassungseinheit 2.1.2 erfasste physikalische Größe einen Schwellenwert über- oder unterschreitet.
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Die Erfassungseinheit 2.1.2 ist dabei in der Lage eine Position der Ladeklappe der Ladebuchse 2.1 zu erfassen. Die Position der Ladeklappe gibt dabei Rückschluss darauf, ob eine Kopplung zwischen Stromnetzkopplungsteil 1 und Fahrzeugladesystem 2 erfolgt ist oder nicht. Ist die Ladeklappe geschlossen, so kann davon ausgegangen werden, dass keine Kopplung erfolgt oder vorhanden ist. Ist die Ladeklappe geöffnet, so kann von einer Kopplung ausgegangen werden.
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Die Erfassungseinheit 2.1.2 kann somit als eine Art Schalteinheit im Proximity-Schaltkreis betrachtet werden, wobei in Abhängigkeit eines Zustands der Erfassungseinheit 2.1.2 diese als ein Widerstand im Proximity-Schaltkreis wirkt, wodurch ein Spannungsabfall resultiert. Dieser Spannungsabfall ist durch das Steuergerät 2.2 ermittelbar.
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Die Erfassungseinheit 2.1.2 kann dabei zwei Zustände aufweisen. Ein erster Zustand erfolgt beispielsweise, wenn die Ladeklappe geschlossen ist. Die Erfassungseinheit 2.1.2 wirkt dabei nicht als Widerstand auf den Proximity-Schaltkreis ein, so dass das Steuergerät 2.2 keinen Spannungsabfall im Proximity-Schaltkreis ermittelt und daraus schließt, dass kein Kopplungsteil 1.2 mit der Ladebuchse 2.1 verbunden ist.
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Ein zweiter Zustand erfolgt beispielsweise, wenn die Ladeklappe geöffnet ist. Die Erfassungseinheit 2.1.2 wirkt nun als ein Widerstand auf den Proximity-Schaltkreis ein, so dass das Steuergerät 2.2 einen Spannungsabfall im Proximity-Schaltkreis ermittelt und daraus schließt, dass das Kopplungsteil 1.2 mit der Ladebuchse 2.1 verbunden ist.
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Die Anordnung der Erfassungseinheit 2.1.2 ist in zwei verschiedenen Ausführungsvarianten möglich.
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In einer ersten Ausführungsvariante, die in 1 gezeigt ist, ist die Erfassungseinheit 2.1.2 elektrisch parallel zu dem dritten Widerstand 2.1.1 geschaltet, wobei ein erster Anschluss 2.1.3.1, z. B. ein elektrisch positiver Anschluss, und ein zweiter Anschluss 2.1.3.1, z. B. ein elektrisch negativer Anschluss, der Erfassungseinheit 2.1.2 mit dem Proximity-Schaltkreis gekoppelt, insbesondere elektrisch verbunden sind. Die elektrische Parallelschaltung der Erfassungseinheit 2.1.2 zum dritten Widerstand 2.1.1 ermöglicht eine Ladeklappenpositionsbestimmung, ohne dass eine Erweiterung physischer Komponenten im Steuergerät 2.2 notwendig ist, da die Erfassungseinheit 2.1.2 hier über den bereits bestehenden Proximity-Schaltkreis elektrisch mitversorgt wird.
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In einer zweiten Ausführungsvariante, die in 2 gezeigt ist, ist die Erfassungseinheit 2.1.2 elektrisch seriell zu dem dritten Widerstand 2.1.1 geschaltet, wobei der erste Anschluss 2.1.3.1 mit einem in dem Steuergerät 2.2 angeordneten elektrischen Anschluss 2.2.2, z. B. eine Spannungsquelle, und der zweite Anschluss 2.1.3.2 mit dem Proximity-Schaltkreis gekoppelt, insbesondere elektrisch verbunden ist. Auch hier ist eine Ladeklappenpositionsbestimmung möglich, ohne dass eine Erweiterung physischer Komponenten im Steuergerät 2.2 notwendig ist, da die Erfassungseinheit 2.1.2 über einen bereits bestehenden elektrischen Anschluss 2.2.2 des Steuergeräts 2.2 elektrisch versorgt wird.
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Mittels der beiden oben beschriebenen Ausführungsvarianten ist eine Steckergesteckterkennung möglich, auch wenn das Kopplungsteil 1.2 nur teilweise in die Ladebuchse 2.1 eingesteckt ist. Dabei ist keine Erweiterung physischer Komponenten in der Fahrzeugladevorrichtung 2 notwendig. Entsprechende Änderungen sind auf die Software des Steuergeräts 2.2 beschränkt, so dass Aufwand und Kosten zur Realisierung der beiden Ausführungsvarianten gering gehalten werden können. Durch eine entsprechende Dimensionierung des dritten und vierten Widerstands 2.1.1, 2.2.1 kann zudem eine Empfindlichkeit der Erfassungseinheit 2.1.2 eingestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromnetzkopplungseinheit
- 1.1
- Steuereinheit
- 1.2
- Kopplungsteil
- 1.2.1
- erster Kontakt
- 1.2.2
- zweiter Kontakt
- 1.2.3
- Schalter
- 1.2.4
- erster Widerstand
- 1.2.5
- zweiter Widerstand
- 2
- Fahrzeugladevorrichtung
- 2.1
- Ladebuchse
- 2.1.1
- dritter Widerstand
- 2.1.2
- Erfassungseinheit
- 2.1.3.1
- erster Anschluss
- 2.1.3.2
- zweiter Anschluss
- 2.2
- Steuergerät
- 2.2.1
- vierter Widerstand
- 2.2.2
- elektrischer Anschluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011082736 A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Normen SAE J1772 und IEC 61851-1 [0002]
- SAE J1772 [0008]
- IEC 61851-1 [0008]
- Norm SAE J1772 [0015]
