CN111989237A - 在与充电站电耦连的机动车和充电站之间的电能传输 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在充电站(10)和电耦连至充电站(10)的机动车(12)之间传输电能的方法，其中：‑机动车(12)借助于具有至少两个电线(24、26)的充电连接电缆(18)与充电站(10)耦连，‑在充电站(10)和机动车(12)之间建立通信连接，并且‑根据从机动车(12)传输到充电站(10)的电能存储器数据来调节通过充电站(10)的电能的传输。根据本发明，借助于至少一个充电站侧的和至少一个机动车侧的通信适配器(28、30)至少部分地经由充电连接电缆(18)的至少两个电线(24、26)建立通信连接。

Description

在与充电站电耦连的机动车和充电站之间的电能传输
技术领域
本发明涉及一种用于控制充电单元的控制单元，控制单元用于将电能传输至机动车，该机动车能够通过具有至少两个电线的充电连接电缆与该充电单元耦连，其中，该控制单元具有用于与充电单元进行通信技术地连接的通信接口，并且还设计为，用于建立到机动车的通信连接，并根据接收到的机动车的电能存储器数据来调节通过充电单元的电能传输。本发明还涉及一种用于在充电站和能与充电站电耦连的机动车之间传输电能的充电站，该充电站具有：用于传输电能的充电单元；与该充电单元通信技术地耦连的控制单元，其中，该控制单元被设计用于建立到机动车的通信连接并根据接收到的机动车的电能存储器数据来调节通过充电单元的电能传输；以及与充电单元电耦连的充电连接电缆，该充电连接电缆具有与机动车电耦连的至少两个电线。此外，本发明涉及一种用于充电站的充电插座，其中，该充电插座为了传输电能能够在空间上远离充电站的充电单元地布置，并且被设计用于机动车的电耦连，其中，充电插座具有：与充电单元通信技术地耦连的控制单元，其中，控制单元被设计用于建立到机动车的通信连接，并且根据接收到的机动车的电能存储器数据来调节通过充电单元的电能传输；以及与充电插座耦连的充电连接电缆，充电连接电缆具有至少两个电线用于电耦连机动车。此外，本发明涉及一种机动车，其具有：电能存储器；带有至少两个连接触点的、与电能存储器电耦连的充电连接单元，其中，充电连接单元被设计用于电连接充电站的具有至少两个电线的充电连接电缆，用于在充电站和机动车之间传输电能；以及车辆控制单元，车辆控制单元被设计用于建立到充电站的通信连接，并且经由通信连接向充电站传输电能存储器的电能存储器数据，以便根据电能存储器数据来调节电能的传输。此外，本发明还涉及一种充电站，机动车与充电站电连接。最后，本发明还还涉及一种用于在充电站和与充电站电耦连的机动车之间传输电能的方法，其中，机动车借助于具有至少两个电线的充电连接电缆与充电站耦连，在充电站和机动车之间建立通信连接，并且根据从机动车传输到充电站的电能存储器数据来调节通过充电站的电能传输。
背景技术
机动车尤其是陆上交通工具，其能够在常规的行驶运行中通过机械力运行，而无需与行驶路径连接。机动车优选地是机动汽车，特别是载客汽车。
机动车优选地包括可电驱动的机动车，其是能够在常规的行驶运行中至少部分地使用电能来驱动的机动车。为此目的，设置有电能存储器，该电能存储器对于常规的行驶运行给机动车的电驱动装置提供电能。在行驶运行期间电能存储器放电，因此必须定期充电，因此才能够继续行驶运行。
通过由为此目的设计的充电站的能量供应来实现机动车车辆的能量存储器的充电，该充电站通常从电源(例如公共电网等)中取得电能。但是，能量源也能够包括太阳能设施、涡轮机、风力涡轮机和/或类似设备。经由能量技术的耦连，能量从充电站被输送给机动车，并且在这里特别是输送给与电能存储器电耦连的充电连接单元。
为此目的，机动车的电能存储器能够可逆地充电或放电，并且通常根据蓄电池的类型被设计。对于可电驱动的机动车，当前根据高压电池的种类，使用蓄电池作为电能存储器，蓄电池常常被设计为锂离子电池。
因此，电驱动的机动车尤其是电动车或混合动力车。与电动车相比，混合动力车还具有非电动驱动装置，该非电动驱动装置常常能够由内燃机形成，该内燃机同样能够被用于常规的行驶运行，以便能够实现相应的驱动效果。在混合动力车中，电驱动装置以及非电驱动装置还能够在常规的行驶运行下部分地被并行使用。
在现有技术中，控制单元、充电站、机动车以及用于供应或释放电能的方法、特别是在能够电驱动的机动车的情况下，基本上是众所周知的，因此对此不需要单独的文献证明。机动车具有充电连接单元，该充电连接单元用于能够将充电连接电缆连接到充电站。然后，能够经由充电连接电缆将电能从充电站输送给车辆或者从车辆释放出去。在此，是有线连接的电能耦连。
为此目的，充电连接单元能够尤其包括可拆卸的插接连接器，通过该插接连接器能够建立与充电站的机电耦连。例如能够提出，将机动车停放在充电站的区域中，并且充电站借助于相应互补地设计的插接连接器经由充电连接线机电连接到机动车的充电连接单元。由此，能够将电能从充电站输送给机动车。因此，例如经由之前所述的能量供应网络由机动车外部的电源(即充电站或连接至充电站的能量源)提供能量。
充电站通常还包括开关式能量转换器，借助于该开关式能量转换器电耦连充电站的充电连接电缆。常常根据DC/DC转换器和/或可控制的整流器的类型设计开关式能量转换器用于为了机动车量的电能存储器以合适的方式转换由能量源输送的电能。为此目的，通常设置有充电站的控制单元，控制单元连接到能量转换器，并且此外还根据机动车的电能存储器的电能存储器数据，例如充电状态、也被称为充电状态(SOC)，来控制能量转换器。
充电站通常位置固定地布置。除了将充电站连接到公共能源供应网络之外，还能够替代地或补充地将本地能源连接到充电站，以便能够提供电能。本地能量源能够例如通过一个或多个风力涡轮机、太阳能电池、燃料电池形成，还能够通过借助于内燃机驱动的发电机和/或类似物形成。
充电站通常具有充电单元，借助于该充电单元提供电能。充电单元从充电站连接的电源汲取电能。充电单元与控制单元通信技术地连接，使得将充电单元的运行状态从充电单元传输到控制单元，或者能够根据控制单元预设的控制命令来控制充电单元的运行状态。充电单元与充电连接电缆连接，借助于该充电连接电缆能够建立到机动车或可电驱动的机动车的机电耦连。充电连接电缆与机动车的连接因此是可拆卸的连接，因为在机动车的常规的行驶运行中通常不存在该连接，主要是因为充电站通常位置固定地布置。
为了能够尽可能不受干扰地实施充电过程，在借助于充电连接电缆连接到充电站的机动车与充电站之间提供通信是有意义的。因此已经表明，如果机动车侧能够有充电站当前能够提供什么充电功率的信息是有意义的。同时，在充电站侧也有意义的是：知道机动车侧的能量存储器当前有什么样的充电状态。此外，对于充电站有意义的是：知道能够将什么电功率施加到机动车的能量存储器。如果在充电站处设置有单独的充电插座，则例如能够有意义地是：知道充电插座有什么状态，例如是否连接了机动车，是否激活了通风和/或类似。
为此目的，在现有技术中习惯设置有引导线(Pilotleitung)，该引导线使得能够在充电站与机动车或充电插座之间实现相应的通信连接。例如，引导连接线能够集成地布置在充电连接电缆中，从而不需要单独的线，也不需要操作单独的插头连接。能够借助于引导线实现的通信目前已经被标准所覆盖，在这种情况下，尤其是DINEN61851。引导线优选地被设计为两极线，并且在机动车侧或在充电插座侧以及在充电站侧以根据标准预设的方式进行连接。该线能够由单个引导导体和参考电位(例如地电位)形成。
还能够提出，充电站具有充电插座，充电插座与充电单元空间远离地布置，充电插座与机动车能源技术地耦连来输送电能。这能够借助于在充电插座和机动车之间的分开的连接线来实现。充电连接电缆在此用于将充电站的充电单元与充电插座电连接。充电插座能够通过例如柱子之类的单独设备形成。
即使前述系统已经在引导线的功能方面是令人满意的，但是仍然存在缺点。特别地，如果充电连接电缆超过预设的最大长度，则在通信方面会在机动车侧和在充电插座侧出现干扰。这可能导致功能故障，特别是当机动车的电能存储器通过充电站常规充电时。
此外，已经显示出，特别是引导线的与接地有关的运行只能实现低抗干扰性。因此，关于可靠通信的有效范围被限制。
此外，应该注意的是，在基于借助于由充电站提供的直流电压作为充电电压对电能存储器进行充电的技术的情况下，通常存在这样的系统分布，即在机动车侧基本上仅布置电能存储器，而充电单元提供了合适的能量转换器，该能量转换器能够提供充电电压，并且借助于该能量转换器能够控制机动车的电能存储器的充电过程。通过该系统的这种分布，为了实现充电的功能性而产生如下的需求，即在充电站侧有电能存储器的电能存储器数据，该电能存储器数据对应于电能存储器的相关参数或状态。这样的参数或状态能够包括电能存储器的温度、充电状态、最大充电功率、额定电压、充电电流额定值和/或类似的。此外，如果能够将补充的通信内容限定并且在充电站和机动车之间交换，则能够提高安全性。
对于充电过程或者可能发生的放电过程的安全运行已证明特别有用的是：在充电站侧有否已经可靠地建立能量技术的耦连的信息。如果中断能量技术的耦连，则优选快速中断充电电压，特别是在能量技术的耦连异常断开的情况下。
由于在使用与接地相关的引导线时，特别是在具有多个充电站或充电插座的情况下，通常将同一个接地线用作参考电位，由于在使用该接地线的情况下通信信号的传播经常会发生串扰。这能够导致：在机动车和充电站或充电插座之间的明确的分配不再能够照章实施。这能够导致危险的状态。
发明内容
本发明的目的是改进在充电站或充电插座与机动车之间的通信。
作为解决方案，本发明提出了根据独立权利要求的充电站、充电插座、机动车以及方法。
根据从属权利要求的特征给出了有利的改进方案。
关于这种类型的控制单元，特别地提出：控制单元具有通信适配器，通信适配器能够连接到至少两个电线，用于经由至少两个电线建立到机动车的通信连接。
关于这种类型的充电站，特别提出：根据本发明地设计控制单元。
关于这种类型的充电插座，特别提出：根据本发明地设计控制单元。
在机动车方面特别地提出：机动车具有通信适配器，通信适配器与车辆控制单元通信技术地耦连并且连接到至少两个连接触点，用于经由至少两个电线建立到机动车的通信连接。
此外，在方法方面提出：借助于至少一个充电站侧的和至少一个机动车侧的通信适配器至少部分地经由充电连接电缆的至少两个电线建立通信连接。
最后，还提出：根据本发明的机动车电连接到根据本发明的充电站，以便在充电站和机动车之间传输电能。
本发明基于以下想法：即完全省略在现有技术中在机动车与充电站之间用于通信的引导线。由此，也能够避免了与此相关的缺点，特别是关于通信的可靠性和有效范围。在此，本发明基于以下想法：即经由充电连接电缆的本来已经存在的电线进行通信。因此，根据本发明不再需要单独的通信线路。
在本发明中，即借助于充电站侧和机动车侧的通信适配器将通信信号输入到充电连接电缆的电线上，来实现通信，使得充电连接电缆不仅能够用于将电能从充电站传输到机动车或者反之亦然，而且同时也能够借助于通信信号经由相同的充电连接电缆(特别是充电连接电缆的电线)实现通信。在此，本发明允许充电站侧的和机动车侧的通信适配器被设计为基本相同。因此，无需提供不同的通信适配器。尽管如此，通信适配器也能够根据需要被不同的设计。此外，通信适配器能够提供辅助功能，辅助功能能够改进充或者首先能够实现经由电连接电缆的线路的通信。为此目的，电线能够至少部分地通过通信适配器构成回路等。然而，对于本发明，如果通信适配器与充电连接电缆的电线至少电接触就足够了。然而，代替于电接触，也能够提供通信信号的另一种类型的耦连或去耦连。
原则上，为了执行本发明，需要充电连接电缆的至少两个电线。如果将充电连接电缆被设计为加载直流电压作为充电电压，则只需具有两个电线。在这种情况下，能够通过通信适配器使用这两个电线，例如接触，以便经由电线传输通信信号。
但是，充电连接电缆也能够具有多于两个的电线，例如，如果充电电压由交流电压、特别是多相交流电压、特别优选地是三相交流电压形成。在这种情况下，通信适配器仅使用充电连接电缆的多个电线中的两个、或者通过通信适配器接触就足够了。然而，应注意的是：机动车侧和充电站侧优选地分别接触充电连接电缆的相同电线，或者对于通信信号的传输使用充电连接电缆的相同电线。这也能够通过标准化等被预设。当然，原则上也可行的是：在这样的状况下，通信适配器与充电连接电缆的多个、优选全部的电线接触，并且然后测出应该在哪个电线上传输通信信号。这提高了本发明的灵活性。
特别地，在机动车侧，通过通信适配器“接触”充电连接电缆的电线意味着：至少间接地接触电线。在此，间接接触意味着：在机动车侧能够设置有插接连接器，插接连接器根据待连接的充电连接电缆对于充电连接电缆的优选的每个电线具有相应的连接触点，该连接触点能够连接到通信适配器。在这种情况下，充电连接电缆自然具有相应的互补的插接连接器，该互补的插接连接器被设计为可拆卸地与机动车的连接器机电耦连。当然，也能够提供直接接触。
借助于通信适配器，能够建立可靠的并且尽可能地抗干扰的通信连接，其中，通信适配器优选地与充电连接电缆的电线电连接，以便建立通信连接。因此，能够完全节省现有技术中惯用的引导线。此外，通过通信适配器的合适的设计，能够几乎任意地扩大通信有效范围。在此，通信适配器能够考虑充电电缆的线路特性，使得能够实现尽可能不受干扰的可靠通信连接。
电能的传输尤其意味着：根据用于电能存储器的充电过程的类型供应电能。此外，在这一方面还应该还能够理解为根据放电过程的类型从电能存储器中释放电能。
还提出，为了接收电能，充电单元连接到充电站外部的能量源，并且具有用于将从能量源获得的电能转换的能量转换器、特别是开关式能量转换器。这具有的优点是：能够在机动车侧节省相应的可能的能量转换器，由此，能够在机动车侧节省成本和重量。另外，能够实现的是：与将能量转换器布置在机动车中的相比，能够更有效地使用能量转换器，因为能量转换器在供应电能期间能够针对多个不同的机动车使用。否则，能量转换器将仅能够用于单个机动车，即其中布置有能量转换器的机动车。
能量转换器例如能够被设计为DC/DC转换器。此外，能量转换器也能够仅通过整流器(例如桥式整流器等)构成。原则上，当然也能够使用单向整流器或双向整流器，但是，出于效率的考虑，与桥式整流器相比，这些电路拓扑在能源技术领域通常被证明不太有用。也能够将整流器与DC/DC转换器等的组合电路设置为能量转换器。此外，能量转换器当然也能够包括一个或多个逆变器等。
为了进一步改善通信的可靠性和/或有效范围，还能够提出：能量转换器具有用于降低能量源与充电连接电缆之间的电磁耦连的构件。该耦连常常基于例如有线连接的耦连等。于是，用于降低电磁耦连的构件能够例如是合适的滤波器、例如无线干扰滤波器等。
此外，还能够通过进一步的电路技术的措施来减少耦连，例如在DC/DC转换器的情况下，通过提供电流隔离等来减少耦连。当然，这些措施也能够设置在机动车侧、例如在机动车的充电连接器和车载网络或电能存储器的其他部件之间，其中，该机动车的充电连接器也连接到机动车的通信适配器。当然，这些措施也能够在充电站侧和机动车侧上组合。
根据另一改进方案提出，能量转换器具有用于减小能量源与充电电缆之间的电容耦连和/或电感耦连的装置。这也使得能够进一步改善通信连接的质量。减小的电容耦连能够例如减少由通信适配器馈入电线的通信信号的衰减。取决于应用，特别是如果使用具有低载波频率的通信信号，则这也可能与电感耦连有关。能够在充电站侧采取适当的措施。例如能够提出，能量源与充电站侧的充电连接电缆电隔离。如果电隔离由于其特性，例如由于适当设计的屏蔽和/或类似特性而提供了特别低的电容耦连，则证明是特别有利的。
进一步提出，将通信适配器设计为使用适合于充电电缆的线路特性的调制。这种改进方案考虑到充电电缆能够特别是在高频下具有特定的导电特性，例如充电连接电缆的端部的特性阻抗，反射特性和/或类似特性。在此，调制是指通信技术中惯用的过程，其中，要发送的有用信号会更改或调制所谓的载波信号。载波信号通常具有比要发送的有用信号的最高频率高得多的频率。为了发送通信信号，通信适配器因此具有所谓的调制器，该调制器执行相应的调制。此外，使用合适的解调器对通信适配器接收到的信号进行解调，从而能够再次恢复相应的有用信号。因此能够使用载波信号和调制来适应充电连接电缆的物理特性。调制方法，模拟和数字调制方法在现有技术中是众所周知的，这就是在这方面参考现有技术的原因。
事实证明，提供数字调制特别有利，为此目的而提出，将通信适配器设计为基于安全协议标准使用数字通信。相应的协议标准例如能够提出，某些数据元素或数据记录用于建立通信连接。数据元素能够具有预定的特定数据结构，其优选地允许附加的安全功能。例如能够提出，交换来自充电站或充电插座和/或机动车的识别数据。这些数据优选地包含在每个数据元素中，从而能够在机动车侧以及在充电站侧或者在充电插座侧确定该数据元素是否与充电站或充电插座或机动车相关。由此能够避免，由于不期望的影响而到达充电站或机动车的数据元素以及未指向该充电站或机动车的数据元素被充电站或机动车识别为无关紧要的。这提高了安全性，因为可能将与充电过程相关的电能存储器数据错误地识别为自己的充电过程，因此可能导致与充电过程有关的意外故障。这能够显著提高通信连接的可靠性。
另外，该设计方案允许提供附加的安全特征，例如以使用容错编码，以提供加密和/或识别数据和/或类似物。这也能够防止未授权的第三方干预充电过程。例如，能够为此目的使用协议标准，该协议标准例如基于诸如以太网等中使用的协议标准。
此外提出，协议标准使用监控时间来监控通信连接。监控时间能够用于确定在充电站或充电插座与机动车之间是否存在通信连接。如果通信连接中断，则可能是不希望的状态，并且充电过程可能会中断或在充电站侧中断。这尤其在充电连接电缆在机动车的插接连接器上的插接连接以不希望的方式断开或者类似情况时提高了安全性。这能够在充电站侧识别，并且能够断开充电电压。总体而言，这能够提高安全性。
如果监控时间小于20ms，则证明是特别有利的。在这种类型的较短的监控时间的情况中，一方面能够确保高的安全性，并且能够比较迅速地识别充电过程的损害。由此能够通过快速反应来实现高度的安全性，但是同时能够在预期的充电过程中尽可能不受干扰地实现预期的电能供应的可靠性。即使各个数据元素在通信连接中丢失或需要在通信适配器上进行额外的处理时间，也无需在此处发生超时错误，因此也就不会导致不必要的电能供应中断。
至少对于充电站侧的通信适配器，能够设置为与控制单元相距一定距离。因此，通信适配器不必布置在控制单元的壳体中。而是通信适配器能够具有自己的壳体，并且能够有线和/或无线地耦连到控制单元以用于通信目的。这为实现本发明提供了极大的灵活性。通信适配器也能够例如在充电插座处布置。
当然，也能够至少部分地为机动车上的通信适配器提供用于充电站侧的通信适配器的功能。基本上，通信适配器也能够被设计为相同的。
进一步提出，当机动车电连接至充电站时，指示充电站的操作准备就绪。以这种方式，例如能够将充电站或充电插座准备供应或吸收电能的信息传送给机动车。这能够允许车辆控制器控制能量传递过程。当然，这也能够用来表示机动车已按预期方式连接到充电站，使得使用者能够开始能量传输的过程。这也开拓了其他可能的用途。
此外提出，由充电站测试保护导体的功能。以这种方式，充电站能够测试安全功能，特别是在电气安全方面。这使得仅在可靠地确保安全的情况下才能够传输电能。
另一改进方案提出，机动车请求充电。通过该充电请求能够告知车辆控制器能够开始能量传输。例如，这能够在车辆一侧发出信号。特别地，能够阻止机动车的行驶运行的开始。
此外还提出，机动车请求通风。以这种方式能够实现，能够改善能量传递的过程。通过要求通风，能够提供冷却功能，该冷却功能允许维持能量传递的过程或增加传输的功率。在此能够考虑的是，在能量传输过程中例如在给电存储器充电时会发生损耗。
根据另一改进方案能够提出，充电站将最大的功率传递给机动车。由此，能够向充电站提供关于机动车可能收到的最大功率的信息。一方面，这能够用作安全功能，另一方面，能够使充电站始终为车辆提供最佳的能量传输过程。
此外，对于控制单元和充电站给出的优点和效果自然也同样适用于充电站的充电插座以及对于机动车或本发明的方法，反之亦然。特别地，因此能够为装置特征制定方法特征，反之亦然。
附图说明
其他的优点和特征从下面参考附图对实施例的描述中得出。在附图中，相同的附图标记表示相同的特征和功能。图中示出：
图1示出了充电站的示意图，在充电站上连接有机动车，用于将电能从充电站输送至机动车。
图2示出了以数据元素作为通信信号的数据电报的示意图，该数据电报针对经由根据图1的具有两个电线的充电连接电缆，借助于相应的充电站侧的和机动车侧的通信适配器进行的通信，并且
图3示出了根据图2的数据电报的数据元素的示意图。
具体实施方式
图1以示意图示出了用于将电能输送至与充电站10电耦连的机动车12的充电站10，该机动车在当前情况下是电动车。然而，机动车12也能够是混合动力车或常规机动车。
充电站10具有充电单元14，充电单元用于为机动车12提供电能。为此目的，充电单元14为了接收电能而连接到充电站外部的能量源20，能量源在此是公共电网，公共电网在使用交流电压的情况下提供电能。在当前情况下，充电单元14还具有能量转换器22，能量转换器用于转换从能量源20获得的电能。为此目的，能量转换器22在当前情况下被设计为具有整流器功能并且被设计为DC/DC转换器。
充电站10还包括控制单元16，该控制单元通信技术地与充电单元14耦连，控制单元被设计用于建立至机动车12的通信连接，并根据接收到的机动车的电能存储器数据来调节电能的供应。为此目的，能够借助于控制单元16以合适的方式控制能量转换器22。
此外，充电站10包括与充电单元14电连接的充电连接电缆18，该充电连接电缆在当前情况下恰好具有两个用于提供充电电压的电线24、26，该充电电压在当前情况下是直流电压。
此外，控制单元16包括通信适配器28，通信适配器与控制单元16耦连，并且与至少两个电线24、26连接，以用于建立经由两个电线24、26至机动车12的通信连接。
通信适配器28被设计为使用适合于充电连接电缆18的线路特性的调制，为此目的，通信适配器具有相应地设计的调制器(未示出)，借助于该调制器能够将相应的调制的通信信号应用到两个电线24、26。此外，通信适配器28包括适合于调制方法的解调器，借助于该解调器能够对接收到的通信信号进行解调。通信信号能够特别地包括具有数据元素46的数据电报44，如将在下面参考图2更详细地解释的那样。
在当前情况下，使用QAM调制。但是，也能够使用其他合适的调制方法。
在当前情况下，充电站10作为充电桩竖立在机动车12的停车位处，使得停在该停车位上的机动车12能够借助于充电连接电缆18与充电站10能量技术地耦连、即特别是电耦连，使得充电站10能够将电能输送至机动车12。
此外，由图1可见，机动车12借助于充电连接电缆18连接到充电站10。为此目的，在这种情况下机动车12具有带有两个连接触点38、40的充电连接单元32，其中，该充电连接单元32被设计用于将充电站10的充电连接电缆18与两个电线24、26电连接，来提供充电电压。
此外，机动车12具有电驱动装置36，电驱动装置用于驱动在常规的行驶运行中的机动车12以及与驱动装置36电耦连的电能存储器34，电能存储器在此被设计为锂离子蓄电池。在当前情况下，电能存储器34的额定电压约为450V。就标准(例如ECER 100标准)而言，该电压是高电压。电设施在以高电压运行时必须满足特定的标准要求。因此，充电站10和机动车12均被相应地设计。
充电连接单元32还与能量存储器34电耦连。为此，能量存储器34的相应的连接极与充电连接单元32的相应的连接触点38、40中的一个电耦连，使得在机动车12与充电站10连接时(如图1所示)能够将电能输送至能量存储器34。然而原因也能够是：以这种方式从能量存储器34取出电能。
机动车12还具有车辆控制单元42，车辆控制单元与未进一步示出的传感器通信技术地耦连，借助于传感器能够检测电能存储器34的状态变量和/或参数。在当前情况下，状态变量包括能量存储器34的充电状态和温度。能量存储器34的额定电气电压和充电功率作为参数被检测。车辆控制单元42被设计用于建立到充电站10的通信连接，并且经由该通信连接将电能存储器数据传输至充电站10，以便根据电能存储器数据来调节电能的供应，或者必要时调节电能的取出。
在当前情况下，电能存储器数据包括电能存储器34的充电状态、温度和额定功率以及额定电压。此外，如果对于当前的应用是有利的或者有意义的，当然能够根据需要添加电能存储器34的其他状态数据，或者省略一些之前所述的电能存储器数据。
此外，机动车12包括与车辆控制单元42通信技术地耦连的并且连接至两个连接触点38、40的通信适配器30，用于经由充电连接电缆18的两个电线24、26建立到充电站10的通信连接。
通信适配器30被设计为与充电站10的通信适配器28基本相同。然而，根据要求，通信适配器30也能够与此不同地被设计，例如以便能够考虑机动车特定的特性。通信适配器28和通信适配器30均被设计为：在连接到控制单元16或车辆控制单元42以及电线24、26的通信连接之间产生电流阻断。为此目的，通信适配器28、30能够具有合适的发射器，该发射器允许将通信信号发送到电线24、26而不必建立电流连接或导电连接。为此目的能够提出：通信适配器28、30使用预定的调制。
当然，经由相同的通信技术耦连路径也能够通过通信适配器28、30接收通信信号。接收到的通信信号能够借助于解调器被解调，并且必要时还能够被解码，并且如果需要的话还能够被解密。由此能够提出：通信适配器28、30分别包括相应的编码器并且必要时还分别包括相应的加密器，以便能够以合适的方式为通信连接提供待传输的数据。
基本上能够提供不同的调制方法作为调制，例如幅值调制、频率调制、这些不同的方法的组合、数字调制和/或类似方法。
为了改进电线24、26上的通信，在此提出，能量转换器22提供电流阻断。因此，电线24、26相对于地电位(未示出)电隔离。由此，能够减少不希望的电容耦连，该电容耦连会损害经由电线24、26的通信。
此外，在当前情况下提出：通信适配器28、30被设计为基于安全协议标准使用数字通信。对此，下面根据图2和图3进一步解释，图2和图3示出了具有数据元素46作为通信信号的数据电报44的示意图，通信适配器28、30能够使用该数据电报用于经由电线24、26彼此通信。
因此，为了即使在不需要引导线的情况下也能够确保在充电期间或在从充电站向机动车输送电能期间关于通信的运行安全，优选地要确保充电站10与机动车12的关联。此外，应该能够实现至少用信号传递充电状态，优选地在故障的情况下或当充电连接电缆18与充电连接单元32脱离时应该能够实现用信号传递电能的输送中断。此外，应该不仅能够管理串扰，而是优选地至少能够显著地减少串扰。由此，能够减少经由通信连接通信时的等待时间，并且增加在通信时实际可用的带宽。
在此，因为通信信号不再使用引导线施加到地面，而是施加到充电连接电缆18的任何电线，在当前情况下是施加到电线24、26，能够实现充电站10与机动车12之间的安全关联。如果借助于直流电压的充电电压来进行充电，在此能够使用一个正线和一个相应的附属的负线。如果使用的充电电压是单相交流电压，则这能够是一个相线和一个附属的零线。如果使用多相(例如三相)交流电压作为充电电压，则能够提出，经由至少两个相线进行通信。因此，不需要将地线用于通信。
能够通过如下方式来降低串扰的衰减，即，在利用直流电压充电的情况下，在能量源20的交流电压侧和直流电压侧(在此为连接充电电缆18)之间实现能量转换器或变流器或者以及具有低耦连电容的电源，例如，在充电过程或者电能的输送开始之前，充电连接电缆18与能量源20的连接总是通过未示出的接触器被分开。如果使用交流电压作为充电电压，则能够在到充电连接电缆18的输送中提供高频滤波，例如在能量供应部处或在充电站外部的能量源20等的连接处。高频滤波能够包括例如用于线基的无线电干扰的滤波器。由此，由于较低的衰减，关联机制(例如会话层衰减特性(SLAC))能够提供更清晰的结果。
电能存储器34的充电状态的安全传输能够通过使用自动化技术中的机制来实现，其中，传输相应的状态数据，这在下面根据图2和3进一步说明。
图2示出了数据电报44的示意图，数据电报能够用于经由电线24、26在通信适配器28、30之间建立通信连接。数据电报44在此包括多个数据流段S的序列，数据流段包括标准数据，包括安全过程数据单元(英语：Protocol data Unit，PDU)，安全过程数据单元用于经由电线24、26进行安全通信。多个连续的数据流段S分离数据元素46，在图2中示意性地示出数据元素的结构。
在当前情况下，提供了双向的连续数据流。由于选择的调制，能够同时建立双向通信连接，使得能够使用全双工通信连接。
图3示出了根据图2的数据元素46之一的示意图，其中，电能存储器34的状态信息能够作为F输入/输出数据48被传输。F输入/输出数据48例如能够包括最大为123字节。状态/控制日期50能够直接跟在F输入/输出数据48之后。状态/控制日期能够包括一个字节的数据。
之后，紧随其后的是纠错数据，例如纠错字节52，纠错数据能够包括例如三个或四个字节。借助于纠错字节52能够实现数据的容错编码，使得当接收到数据元素46时，能够在接收侧检查：F输入/输出数据48是否已经损坏。此外，也能够纠正一定数量的错误。
这使得能够实现高度安全的通信连接。另外，当然也能够额外加密在数据电报46中待传输的数据，以便更好地保护安全性，特别是在关于通信中的未授权的访问。为此，能够提供相应的加密算法。
为了能够实现关于通信连接的高安全性，能够提供监控时间，该监控时间在当前情况下小于大约20ms，例如小于大约16ms或者也小于大约8ms。
在监控时间经过之后，能够识别到安全错误，并且能够关闭对安全重要的设置，例如从充电站10到机动车12的能量供应。根据本发明的系统的设计保证了关于待传输的数据的良好的可用性。
由此，在丢失了各个数据元素时能够导致通信适配器28、13中的传输延迟和/或额外的处理时间略有增加，但是能够很大程度上避免超时错误以及随之而来的从充电站10到机动车12的能量供应的中断。
为了进一步提高通信连接的安全性，能够传输对于从充电站10到机动车12的电能的输送的电流额定值，优选地，使用上述安全通信，例如在具有前述短周期的相同的数据元素46中。与现有技术中大约60秒的循环时间相反，例如，在选择根据本发明的循环时间时，能够将安全的直接连接实现为充电站10和机动车12之间的通信连接。
在图2中示出的数据电报44能够在使用在以太网已知的成帧的方式的情况下来实现，例如使用相应的以太网帧。在考虑OSI层模型的情况下，利用本发明能够识别由于在层7上的监控时间到期而导致的通信故障。总的来说，本发明还使得能够监控数据元素46的顺序。
总体上，能够简化充电站10与机动车12之间以及充电连接电缆18之间的通信。能够完全省略现有技术中惯用的、在地基通信中容易受到干扰的引导线。此外，本发明允许使用或引入基于例如Profinet/Profisafe的现有通信概念，并且由此实现与Simatic兼容的解决方案。
然而，总的来说，本发明不限于基于线路的充电，并且原则上也能够用于无线的能量技术的耦连，例如感应充电等。
说明书仅用于解释本发明，而不应该限制本发明。

Claims (15)

1.一种用于控制充电单元(14)的控制单元(16)，所述充电单元用于将电能传输到机动车(12)，所述机动车能够经由具有至少两个电线(24、26)的充电连接电缆(18)与所述充电单元(14)耦连，其中，所述控制单元(16)具有用于与所述充电单元(14)通信技术地连接的通信接口，并且所述控制单元还被设计用于建立到所述机动车(12)的通信连接，并且所述控制单元根据接收到的所述机动车(12)的电能存储器数据来调整通过所述充电单元(14)电能的传输，其特征在于，设置有能够连接到所述至少两个电线(24、26)的通信适配器(28)，所述通信适配器用于经由所述至少两个电线(24、26)建立到所述机动车(12)的通信连接，其中，协议标准使用监控时间来监控所述通信连接。
2.根据权利要求1所述的控制单元，其特征在于，所述通信适配器(28)被设计为使用匹配于所述充电连接电缆(18)的导线特性的调制。
3.根据前述权利要求中任一项所述的控制单元，其特征在于，所述通信适配器(28)被设计为基于安全协议标准来使用数字通信。
4.根据权利要求1所述的控制单元，其特征在于，所述监控时间小于20ms。
5.根据前述权利要求中任一项所述的控制单元，其特征在于，所述通信适配器(28)被布置成在空间上远离所述控制单元(16)的。
6.一种充电站(10)，用于在所述充电站(10)和能与所述充电站(10)电耦连的机动车(12)之间传输电能，所述充电站具有：
-用于传输电能的充电单元(14)，
-与所述充电单元(14)通信技术地耦连的控制单元(16)，其中，所述控制单元(16)被设计用于建立到所述机动车(12)的通信连接，并且所述控制单元根据接收到的所述机动车(12)的电能存储器数据调整通过所述充电单元(14)的电能传输，以及
-与所述充电单元(14)电耦连的充电连接电缆(18)，所述充电连接电缆具有用于电耦连所述机动车的至少两个电线(24、26)，
其特征在于，所述控制单元(16)根据前述权利要求中任一项来设计。
7.根据权利要求6所述的充电站，其特征在于，所述充电单元(14)为了获得电能而连接到充电站外部的能量源(20)，并且具有能量转换器(22)、特别是开关式能量转换器，以用于转换从所述能量源(20)得到的电能。
8.根据权利要求7所述的充电站，其特征在于，所述能量转换器(22)具有用于减小在所述能量源与充电电缆之间的电磁耦合的构件。
9.根据权利要求7或8所述的充电站，其特征在于，所述能量转换器具有用于减小所述能量源(20)与所述充电连接电缆(18)之间的电容耦合和/或电感耦合的构件。
10.一种用于充电站(10)的充电插座，其中，所述充电插座能够在空间上远离所述充电站(10)的用于传输电能的充电单元(14)地布置，并且所述充电插座被设计用于机动车(12)的电耦连，其中，所述充电插座具有：
-与所述充电单元(14)通信技术地耦连的控制单元(16)，其中，所述控制单元(16)被设计用于建立到所述机动车(12)的通信连接，并根据接收到的所述机动车(12)的电能存储器数据调整通过所述充电单元(14)的电能传输，
-与所述充电插座耦连的充电连接电缆(18)，所述充电连接电缆具有用于与机动车电耦连的至少两个电线(24、26)，
其特征在于，
所述控制单元(16)根据权利要求1至5中任一项来设计。
11.一种机动车(12)，具有：
-电能存储器(34)；
-与所述电能存储器(34)电耦连的充电连接单元(32)，所述充电连接单元具有至少两个连接触点(38、40)，其中，所述充电连接单元(32)被设计用于电连接充电站(10)的充电连接电缆(18)，以用于在所述充电站(10)与所述机动车(12)之间传输电能，其中，所述充电连接电缆具有至少两个电线(24、26)；以及
-车辆控制单元(42)，所述车辆控制单元被设计为：建立到所述充电站(10)的通信连接，并且经由所述通信连接向所述充电站(10)传送所述电能存储器(34)的电能存储器数据，以便根据所述电能存储器数据来调整电能的传输，
其特征在于
-设置有通信适配器(30)，所述通信适配器与所述车辆控制单元(42)通信技术地耦连并连接到所述至少两个连接触点(38、40)，以经由所述至少两个电线(24、26)建立与所述充电站(10)的通信连接。
12.一种用于在充电站(10)和与所述充电站(10)电耦连的机动车(12)之间传输电能的方法，其中：
-所述机动车(12)借助于具有至少两个电线(24、26)的充电连接电缆(18)与所述充电站(10)耦连，
-在所述充电站(10)与所述机动车(12)之间建立通信连接，并且
-根据从所述机动车(12)传送到所述充电站(10)的电能存储器数据来调整通过所述充电站(10)的电能传输，
其特征在于，借助于至少一个充电站侧的和至少一个机动车侧的通信适配器(28、30)，至少部分地经由所述充电连接电缆(18)的所述至少两个电线(24、26)建立所述通信连接。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，当所述机动车(12)与所述充电站(10)电耦连时，指明所述充电站(10)的功能准备就绪。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，通过所述充电站(10)测试保护导体的功能性和/或向所述机动车(12)传送的最大功率。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述机动车(12)请求充电授权和/或通风。
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