CN105359374B - 用于进行有线充电的系统和具有多个这样的系统的总系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在电流引出点上给车辆的牵引蓄电池进行有线充电的系统，该系统包括电网上的电流引出点以及包括车辆，其中，充电电子单元构造为基于参数数据记录能够识别车辆所连接的电流引出点并因此能实现车辆与电流引出点之间的配属，其中，所识别的与电流引出点有关的特征数据记录能够通过如下信息进行补充，所述信息本身时间上在充电过程的后期或者甚至在充电过程后才是重要的，并且所述信息超出所述参数数据记录所检测的参数。本发明还涉及具有多个这样的用于在电流引出点上给车辆的牵引蓄电池进行有线充电的系统的总系统，其中，通过相应的车辆的充电电子单元能保存对于多个电流引出点中的各个电流引出点的特征数据记录。

Description

用于进行有线充电的系统和具有多个这样的系统的总系统
技术领域
本发明涉及一种系统，所述系统包括电网上的电流引出点以及包括车辆，所述系统用于在电流引出点上给车辆的牵引蓄电池进行有线充电，其中，所述车辆为了充电具有充电电子单元，并且对于充电过程，所述车辆通过充电电缆能与车辆外部的电流引出点电气连接。
背景技术
将具有电气化传动系统的、在外部电源上有线地进行充电的车辆称作为插电式电动车辆并且典型地实施为具有牵引蓄电池的电动或者混合动力车辆。
在一个充电过程中，在功能以及时间上进行对所述牵引蓄电池的充电的实施。在现有技术中广泛地理解充电过程的概念。不但仅涉及电功率流动的定义而且如下定义是常见的，所述定义例如包括在车辆和电源之间真正建立起充电连接前寻找电源或者在充电连接断开后在供电商处的电流结算。本文献针对充电过程概念的广泛的理解。
要充电的车辆与电流引出点之间的电气连接由充电电缆以充电连接的形式进行建立。在现有技术中描述为车辆与电流引出点之间的接口，所述接口在车辆和电流引出点上设置信号引脚并且在充电电缆中设置信号芯线(Signalader)，以便在车辆与电流引出点之间建立信号线。根据示范性标准ISO 15118，所述信号线称作先导控制(Control-Pilot)或者控制线。
此外还已知有更复杂的接口系统，例如参见文献EP 2459409 A2，所述接口系统通过充电电缆在车辆和电流引出点之间规定数字的数据通信，所述数据通信称作电力线通信(PLC)或PL通信。所述PL通信例如用于识别相应的充电对应方的连接，亦即，在存在多台车辆和多个电流引出点的情况下借助于PL通信在建立充电连接时能以表示特征的、可传输的数据包的形式相对于确定的电流引出点授权确定的车辆或者相对于确定的车辆授权确定的电流引出点。
发明内容
本发明的任务在于，描述一种如下改善的系统，所述系统包括电网上的电流引出点以及包括车辆，所述系统用于在电流引出点上给车辆的牵引蓄电池进行有线充电，其中，所述车辆为了充电具有充电电子单元，并且对于充电过程，所述车辆通过充电电缆能与车辆外部的电流引出点电气连接。
这些任务通过本发明的系统得到解决：所述系统包括电网上的电流引出点以及包括车辆，所述系统用于在电流引出点上给车辆的牵引蓄电池进行有线充电，其中，所述车辆为了充电具有充电电子单元，并且对于充电过程，所述车辆通过充电电缆能与车辆外部的电流引出点电气连接，其中，
-对于充电过程，充电电缆在车辆外部能与充电站充电装置连接或者所述电缆具有电缆充电装置，
-在建立充电连接的情况下，充电站充电装置或者电缆充电装置与电流引出点电气连接并且由电流引出点通过充电站充电装置或者通过电缆充电装置能提供交流电以用于充电，
-由充电站充电装置或者电缆充电装置提供用于充电的交流电通过充电电缆的充电导线引导，
-在建立充电连接的情况下，所述充电站充电装置或者电缆充电装置通过控制线与充电电子单元电气连接，
-通过经由控制线所施加的电气控制信号能控制充电过程，并且
-在充电过程中，所述充电电子单元经由控制线检测控制信号的物理参数、经由充电导线检测电流引出点上的电网的物理参数以及经由控制线检测充电站充电装置或者电缆充电装置的物理参数，以便形成表征电流引出点的参数数据记录。
按照本发明，对于充电过程，充电电缆能与充电站充电装置连接或者所述电缆具有电缆充电装置，其中，在建立充电连接的情况下，充电站充电装置或者电缆充电装置与电流引出点电气连接并且由电流引出点通过充电站充电装置或者通过电缆充电装置能提供交流电以用于给牵引蓄电池充电，由充电站充电装置或者电缆充电装置提供用于充电的交流电通过充电电缆的充电导线引导，在建立充电连接的情况下，所述充电站充电装置或者电缆充电装置通过控制线与充电电子单元电气连接，通过经由控制线所施加的电气控制信号能控制充电过程，并且在充电过程中，所述充电电子单元经由控制线检测控制信号的物理参数、经由充电导线检测电流引出点上的电网的物理参数以及经由控制线检测充电站充电装置或者电缆充电装置的物理参数，以便形成电流引出点的参数数据记录。
这意味着，在建立充电连接的情况下，所述充电电子单元通过控制导线和/或通过充电导线检测以模拟数据为形式的电流引出点的物理参数，以便在所述电流引出点的充电特定的特性方面来表征电流引出点。
根据本发明的一种优选的实施形式，所述车辆具有基于GPS的导航装置，并且所述参数数据记录附加地包括电流引出点的位置数据。
以这种方式，将关于电流引出点的位置信息来补充与电流引出点有关的技术信息。
此外，有意义的是，如果能通过GPS导航装置检测位置数据，并且在没有可用的GPS信号的情况下能通过行车路程识别检测位置数据。
如果电流引出点处于GPS信号盲区中，通过行车路程识别检测位置数据将是特别有意义的。例如所述电流引出点处于地下车库或者停车楼的中间层或者下层时将出现这种情况。
在行车路程识别时，车辆根据转向运动和驶过的行驶距离的检测确定从进入信号盲区起的位置。从车辆进入信号盲区后行驶路径的终点得到当前位置。通过检测踏板位置能确定停车楼或者地下车库中的楼层识别。在向上进行楼层转换时，例如对于在相同的速度情况下的行驶距离，将比在同一层中相同长的行驶距离的情况下更加强烈地操纵加速踏板。在向下进行楼层转换时，例如对于在相同的速度情况下的行驶距离，与以相同的速度在平面内缓慢行驶(rollen)相比而不同地对制动踏板加以操纵。
根据本发明一种另外的实施形式，通过充电电子单元能够将所形成的参数数据记录作为对于所涉及的电流引出点的特征数据记录的部分保存在充电电子单元的存储器或者车辆中央存储器中。
因此，在车辆中保存所确定的、表征电流引出点的参数。
所述特征数据记录可以通过如下信息进行补充，所述信息超出参数数据记录所检测的参数。例如是在所涉及的电流引出点上的充电持续时间、故障结果如功率中断或者由用户对电流引出点上的充电过程的主观评价，所述评价能通过多个用户和充电过程进行客观化(评价的例子：“我还会再去这个充电站”)。
此外，总系统具有多个这样的电流引出点以及多台这样的车辆，其中，通过相应的车辆的充电电子单元能保存对于多个电流引出点中的各个电流引出点的特征数据记录。
以这种方式，具有多台车辆的每台车辆随着充电过程数量越来越多而存储对于多个电流引出点的特征数据记录。
特别有利的是，在充电过程中，车辆将所形成的参数数据记录与所保存的特征数据记录进行比较，并且所述充电电子单元在特征数据记录符合参数数据记录的情况下生成识别信号。
因此，根据所检测的参数数据记录与在车辆中所存储的特征数据记录的匹配(Abgleich)能识别或者重新识别确定的电流引出点。所述匹配因此建立确定的车辆与确定的电流引出点的配属。
根据一种优选的变型，优选地根据在统计上的分类方法实现参数数据记录与特征数据记录的比较。
优选地逐个参数地对参数数据记录或者特征数据记录中的各个参数进行分类或者分级。以这种方式，在识别时能节约计算资源地利用特征数据记录排除所存储的电流引出点。如果例如存在一组如下的特征数据记录，所述特征数据记录与示例性参数相比具有可相比拟的或者相似的充电内阻，亦即形成一个在参数内阻方面的类别，并且参数记录的所识别的内阻位于该类别外，则在进一步匹配时以必要方式地不再考虑所有位于该类别内的电流引出点。因此能有效地实施所述匹配过程并且以可能的方式可以在检测个别、较少的参数后实现成功的识别。此外，通过分类器对分类的品质进行评估并且在识别时作为判定标准加以考虑。
此外有意义的是，在生成识别信号的情况下，在充电策略方面能优化地控制充电过程。
特别有意义的是，所识别的与电流引出点有关的特征数据记录包括如下信息，所述信息本身时间上在充电过程的后期或者甚至在充电过程后才是重要的，这些信息超出参数数据记录的信息内容。如果例如根据之前的充电过程由车辆进行确定并且在特征数据记录中存储了：在非常长的时间段上以数个过程在所涉及的电流引出点上建立充电连接(例如总是整夜充电的情况下)，则在成功地匹配的情况下在所涉及的充电过程开始时，对于该电流引出点已知这些信息并且可以在充电运行策略中进行考虑。于是，例如可以利用较少的功率或者在推测为长的时间段中的优选时间区段中利用所建立的充电连接进行充电。
通过在充电过程开始时识别电流引出点，所述车辆或者充电电子单元可以将充电功率和充电时间匹配于电流引出点的技术要求。因此例如也能实现如下变型，根据所述变型，电流引出点在电网中已知的负载峰值时在确定的时间阻止输出功率并且车辆除了匹配于充电运行以外例如还在车辆用户的智能手机上产生以推送消息为形式的通知。
在所述电流引出点上可以允许充电中断，然而这在其他的充电点上将导致故障通知。
根据本发明一种另外的实施形式，在生成识别信号的情况下，在所识别的电流引出点方面对充电过程通过供电商进行结算。
此外，通过用于在总系统的各车辆之间数据通信的器件能交换特征数据记录。
以这种方式能实现，在车辆中能存储如下的对于电流引出点的特征数据记录，所述特征数据记录已由其他的车辆检测并且传输到所涉及的车辆上。因此，能在所涉及的车辆在电流引出点上第一次实施充电过程前的时刻将特征数据记录存储在所涉及的车辆中。因此，一组车辆内的联网和交换导致该车辆组的“智能”。
本发明基于如下阐述的考虑：
目前没有通用的方法保证能够识别：电动车辆或插入式混合动力车辆连接到哪个电流引出点上，亦即，连接在哪个充电桩或插座或者墙盒或电缆盒上。因此不能实行的是，确定车辆何时在哪个电流引出点上充过电。
由现有技术已知两种特殊的方法，在所述方法中能实现识别。例如通过根据现有技术的电力线通信，电流引出点和车辆相互进行授权。
其他的方案示出一种借助于电流引出点上的芯片卡的辨别。然而在此从车辆至电流引出点还不能具有直接的回路，因为芯片卡不是唯一地配设给车辆。亦即，所述芯片卡能越过人员和车辆进行传递。
提出一种改善的变型，所述变型相比于所述特殊的方案更普遍适用并且能实现车辆和电流引出点之间的配属。所述变型超出车辆(以及电流引出点)通过GPS坐标的简单的定位。因此，简单的GPS定位是不够的，因为特别是在停放位或停车位上的充电位置通常是互相毗邻放置的，并且因此根据现有技术的通常的定位对此不能提供足够的分辨率或者在地下车库或者可能具有多层的停车楼中由于信号屏蔽甚至完全不能提供所述分辨率。
因此可以诉诸于其他的参数或者数据，所述参数或者数据在电流引出点处在不具有数字接口(例如不具有电力线通信或者PL通信)的情况下能实现车辆和电流引出点之间唯一的配属。在PL通信的情况下，能以加密和防篡改形式交换证书，所述证书能实现确定的车辆相对于确定的电流引出点的辨别。此外，可以传输附加的数据例如电流量、时间、供应商以及结算信息等。
因此，所述备选的解决方案具有高的技术重要性，因为用于电动车辆或者插入式混合动力车辆的多个电流引出点从当前看不具有PL通信并且因此不能给出唯一的配属。其他的参数涉及所涉及的充电点的位置信息以及特征数据，以巧妙的方式评价和互相结合所述位置信息以及特征数据。
唯一的配属的优点是多样的并且从充电时的运行策略延伸至充电过程的结算方式。因此例如在重新识别电流引出点时可以将充电电流匹配于充电点。
此外，成本优化地选择充电时间，因为例如可以在充电站上插接阶段期间优先选择确定的充电时间，如果例如电流费率与充电时刻有关。此外，不仅与车辆有关地而且与电流引出点有关地产生电流结算。
此外，例如可以对故障通知进行警告，在电流引出点上之前的充电过程中已经进行过所述故障通知。如果在车辆之间存在数据连接，则在车辆之间能交换关于电流引出点的信息。如果行驶至或者插接到由第三车辆识别为故障的电流引出点，则可以进行立刻指出故障的通知。
附图说明
以下根据附图描述本发明优选的实施例。由此得出本发明其他的细节、优选的实施形式以及进一步扩展方案。详细地示意性地示出：
图1示出插电式车辆和电流引出点的局部。
具体实施方式
图1示出具有电气化传动系统的车辆的车载电网4的局部，所述车载电网包括高压蓄电池20。所述高压蓄电池可以在外部的交流电网1的电流引出点上借助于车辆本身的充电仪23进行充电，所述充电仪将来自交流电网的交流电转换为直流电。
为了充电，在车辆和电流引出点之间建立有线的充电连接。对此，基本上需要如下的充电电缆，所述充电电缆包括多条电芯线。这些电芯线是对于相线以及对于零线的功率芯线(概括为附图标记12)。此外，其为控制线11以及接地保护引线14。
充电插头3位于充电电缆上，所述充电插头具有用于相应的芯线的引脚以用于与车辆侧的引脚触点进行触点连接。此外，所述充电插头包括接近电阻13，在车辆侧可以通过开关22将所述接近电阻切换到接地保护引线上。通过接近电阻的类型或者数值能对充电插头或者充电电缆确定类型。所述接近电阻可以由车辆通过开关22的切换进行“询问”。所述切换可以由车辆的充电电子单元30进行控制。
接近电阻和控制线的功能例如可以符合标准ISO 15118的规定。在电流引出点和车辆之间没有使用数字电路的情况下，对于非常简单的充电系统，控制线能实现对具有基本上为+/-12V以及基本上为1kHz频率的脉宽调制信号(PWM信号)的充电过程的控制。
在充电过程中，所述外部电网首先将电功率馈送给充电装置2，所述充电装置实施为墙盒或者备选地实施为电缆盒。故障电流保护开关Fl、10以及用于施加脉宽调制信号的控制单元15位于墙盒或者电缆盒中。通过开关15a在车辆连接的情况下施加脉宽调制信号。墙盒是固定安装的且与电网相连接的单元，充电电缆在电流引出点侧能连接到所述墙盒上。电缆盒自身是充电电缆的部件，所述充电电缆在电流引出点上又能直接连接到电网上。所述墙盒或者电缆盒例如可以按照标准SAE J 1772实施并且通过脉宽调制信号的占空比将最大可取出的电流通知给车辆。此外，在该实施例中，不失一般性地以墙盒为基础。
所述墙盒通过控制单元将脉宽调制信号供应给控制线，在车辆中通过基本上由可调节的电阻、开关以及二极管组成的控制单元21将所述脉宽调制信号引回到接地保护引线上。通过控制单元的可调节的电阻，车辆可以通过控制线要求充电开启。在车辆成功的自检测后显示车辆侧准备好充电。在显示车辆准备好充电的情况下，墙盒或者电缆盒中的继电器16才闭合，以便能实现电功率流。由此能防止将电网电压施加到有故障的车辆上。
此外，所述车辆具有充电电子单元30。所述充电电子单元控制和监控充电过程。此外，所述充电电子单元检测参数数据记录中的参数，所述参数表征对于确定的电流引出点、例如在驻车换乘停车楼的楼层中的一系列插座中的一个公共的插座。
这些参数例如是脉宽调制信号的接通和关断时间、脉宽调制信号的频率、各个相的最大充电电流和内阻。
分别不同地实现对参数的检测。因此，例如可以通过如下方式进行对控制信号的接通和关断时间的测量，即，在信号转换后(例如由车辆通过开关15a切换1kHz信号)由充电电子单元测量如下的持续时间，在所述持续时间内由电流引出点切换电流通路。车辆例如用信号表示准备好充电以及墙盒或者电缆盒通过继电器接通用于车辆的电网电压。所述车辆测量从传输准备好充电直到施加交流电压的时间。
PWM信号的频率可以通过在较长的时间段上测量脉冲的数量来进行测量。因为充电电子单元能足够精确地确定所述时间，因此可以在较长时间段上检测个别的频率偏差。
备选或者附加于不同的电流引出点的区别可以考虑对控制信号的电压阈值的精确测量。
例如一种用于测量内阻的方法为，多次相继地关断和接通充电电流并且在此测量电网电压的波动。通过所测量的电压差可以确定电流引出点的内阻。通过对多次测量求取平均也能提高精确度。为了在不良地连接到电流引出点上的情况下设置过载保护，内阻的确定本来就是符合目的的。
所检测的参数作为特征数据记录存储在充电电子单元中。所述特征数据记录附加地可以包括来自车辆的导航或者路程识别系统的位置信息。简单的GPS位置是不够的，因为在驻车换乘停车楼的楼层中的一系列插座中的公共插座的实施例中根据现有技术通常的位置不能提供足够的位置分辨率并且附加地GPS信号可能被屏蔽。因此，在所选择的实施例中用行车路程识别补充GPS定位。通过车辆的转向运动以及行驶路程能在没有GPS接收的情况下将车辆的停放位置确定为行车路程的终点。通过发动机功率和制动功率能检测驻车换乘停车楼中的楼层转换，以便例如将稍后进行的充电过程配属给在确定的楼层中的电流引出点。在导航和行车路程识别系统具体实施方面，可以使用根据现有技术的导航和行车路程识别系统。
理想地，本身涉及电流接口的参数(例如内阻和GPS坐标)以及也影响充电电缆的参数(例如控制信号的特性)之间互相区别。前提是，即使在使用不同的充电电缆的情况下也能辨别电流引出点。
如果车辆为了充电过程与任意一个电流引出点11或者与多个电流引出点和墙盒中的任意一个墙盒2'进行连接，则充电电子单元检测该电流引出点的参数数据记录并且将参数数据记录与该车辆中保存的特征数据记录进行比较。不失一般性地，所述比较由功率电子单元的控制仪或者所述功率电子单元所配设的控制仪进行实施并且基于具有合适的品质的分类器。对于计算资源节约的实施，所述分类顺序地逐个参数地实施。如果例如所涉及的电流引出点的属性“控制信号的接通时间”的数值以分类品质的最低限度在该参数方面位于所存储的电流引出点的类别中，则可以省去对所有其他的电流引出点的进一步的匹配。
如果在参数数据记录主要的参数方面，所涉及的电流引出点以分类品质上的最低限度与所存储的电流引出点相符合，则建立正面的匹配。
其中主要的优点在于，所述特征数据记录与在充电过程开始时所确定的参数数据记录相比具有更多数量的对于所涉及的电流引出点的参数。这意味着，在所述充电过程已经开始时基于用于实施充电过程的正面匹配可以在充电电子装置中考虑如下参数，特征数据记录附加地具有所述参数。
这种主要参数例如是对于所涉及的电流引出点的关于故障的信息，在所述电流引出点上之前进行的充电过程中已经出现过这些信息。
此外，在车辆和电流引出点之间自动进行的配属能便利于在所涉及的电流引出点上与供电商的财务结算。
此外，通过所述配属能实现一种在统计上的可评定性，例如车辆在确定的电流引出点上的充电频率和充电行为方面。这例如对于较大的车队运营商在整个车队内优化充电逻辑而言是有利的。
通过所述配属，例如对于电流引出点的制造商或者运营商的服务人员或者对于车辆制造商的服务人员而言在出现充电问题时也能回顾地确定：在哪个电流引出点处出现问题并且理想地为何在此出现问题。这改善了充电设施的维护可能性。
此外，可以读取(例如蓝牙同步)车辆使用者例如关于车辆的数据连接的特征数据记录并且提供在基于网络的社区平台中。此外，通过车对车数据连接能实现与其他车辆的特征数据记录的交换。两种变型引起能将特征数据记录存储在车辆中，而在该时刻还没有在所涉及的电流引出点上实施过车辆的充电过程。

Claims (10)

1.用于在电流引出点上给车辆的牵引蓄电池进行有线充电的系统，包括电网上的电流引出点以及包括车辆，其中，所述车辆为了充电具有充电电子单元，并且对于充电过程，所述车辆通过充电电缆能与车辆外部的电流引出点电气连接，其特征在于，
-对于充电过程，充电电缆在车辆外部能与充电站充电装置连接或者所述充电电缆具有电缆充电装置，
-在建立充电连接的情况下，充电站充电装置或者电缆充电装置与电流引出点电气连接并且由电流引出点通过充电站充电装置或者通过电缆充电装置能提供交流电以用于充电，
-由充电站充电装置或者电缆充电装置提供用于充电的交流电通过充电电缆的充电导线引导，
-在建立充电连接的情况下，所述充电站充电装置或者电缆充电装置通过控制线与充电电子单元电气连接，
-通过能经由控制线所施加的电气控制信号能控制充电过程，并且
-在充电过程中，所述充电电子单元经由控制线检测控制信号的物理参数、经由充电导线检测电流引出点上的电网的物理参数以及经由控制线检测充电站充电装置或者电缆充电装置的物理参数，以便形成表征电流引出点的参数数据记录，
-其中，所述充电电子单元构造为基于所述参数数据记录能够识别车辆所连接的电流引出点并因此能实现车辆与电流引出点之间的配属，
其中，所识别的与电流引出点有关的特征数据记录能够通过如下信息进行补充，所述信息本身时间上在充电过程的后期或者甚至在充电过程后才是重要的，并且所述信息超出所述参数数据记录所检测的参数。
2.根据权利要求1所述的用于在电流引出点上给车辆的牵引蓄电池进行有线充电的系统，其特征在于，
-所述车辆具有基于GPS的导航装置，并且
-所述参数数据记录包括电流引出点的位置数据。
3.根据权利要求2所述的用于在电流引出点上给车辆的牵引蓄电池进行有线充电的系统，其特征在于，
-能通过GPS导航装置检测位置数据，并且
-在没有可用的GPS信号的情况下通过路程识别能检测位置数据。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于在电流引出点上给车辆的牵引蓄电池进行有线充电的系统，其特征在于，
-通过充电电子单元能够将所形成的参数数据记录作为电流引出点的特征数据记录保存在充电电子单元的存储器或者车辆中央存储器中。
5.具有多个根据权利要求1至4中任一项所述的用于在电流引出点上给车辆的牵引蓄电池进行有线充电的系统的总系统，其特征在于，
-通过相应的车辆的充电电子单元能保存对于多个电流引出点中的各个电流引出点的特征数据记录。
6.根据权利要求5所述的总系统，其特征在于，
-在充电过程中，车辆将所形成的参数数据记录与所保存的特征数据记录进行比较，并且
-所述充电电子单元在特征数据记录符合参数数据记录时生成识别信号。
7.根据权利要求6所述的总系统，其特征在于，
-根据统计上的分类方法实现参数数据记录与特征数据记录的比较。
8.根据权利要求6或7所述的总系统，其特征在于，
-在生成识别信号的情况下，能在充电策略的方面优化地控制充电过程。
9.根据权利要求6或7所述的总系统，其特征在于，
-在生成识别信号的情况下，在所识别的电流引出点方面对充电过程通过供电商进行结算。
10.根据权利要求5至7中任一项所述的总系统，其特征在于，
-通过用于在所述总系统的各车辆之间数据通信的器件能交换特征数据记录。
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