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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Ladesystem für Batterien mit mehreren wiederaufladbaren Batterieschaltungen
sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Ladesystems für Batterien.
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Ein
Ladesystem zum Wiederaufladen von Batterien wird beispielsweise
im Bereich des Kraftfahrzeughandels benötigt. Bei Kraftfahrzeugen ist
es bekannt, eine Batterie etwa im Motorraum des Fahrzeugs vorzusehen,
um elektrische Verbraucher des Fahrzeugs zu versorgen. Hierbei ist
zu beobachten, dass sich insbesondere nach längeren Standzeiten des Fahrzeugs
die Fahrzeugbatterie zu einem gewissen Teil entlädt. Insbesondere im Kraftfahrzeughandel
besteht daher der Wunsch, eine Fahrzeugbatterie etwa eines im Verkaufsraum
stehenden Fahrzeugs etwa im Zuge einer anstehenden Probefahrt mit
Hilfe eines Ladegeräts
wiederaufzuladen, so dass möglichst
die volle Leistung für
die elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs bereitsteht.
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Insbesondere
in dem Fall, in welchem mehrere Fahrzeuge für eine Wiederaufladung ihrer
jeweiligen Batterien anstehen, erfordert das Wiederaufladen der
einzelnen Fahrzeugbatterien einen hohen Arbeits- und Kostenaufwand,
insbesondere hinsichtlich der Disposition von Ladegeräten für die einzelnen
Fahrzeuge. Verfügt
ein Autohaus beispielsweise über
drei Ladegeräte,
stehen jedoch mehr als drei Fahrzeuge zum Wiederaufladen bzw. zur
Ladungserhaltung ihrer jeweiligen Batterien an, so muss disponiert
werden, welches der Fahrzeuge mit einem der Ladegeräte verbunden
wird. Ist die Fahrzeugbatterie eines Fahrzeugs vollständig aufgeladen,
so muss vom Personal des Autohauses das entsprechende Ladegerät von dem
Fahrzeug abgeklemmt werden, so dass es für die Aufladung bzw. die Ladungserhaltung
einer Batterie eines anderen Fahrzeugs verwendet werden kann. Andererseits
muss vom Personal ent schieden werden, sollte etwa ein anderes Fahrzeug
unvorhergesehen für
eine Probefahrt anstehen, welches der bereits eingesetzten Ladegeräte abgeklemmt
werden kann, um dieses Fahrzeug bzw. dessen Batterie aufzuladen.
Eine derartige Arbeitsweise führt
insbesondere bei großen
Autohäusern
zu einem enormen Arbeits- und Kostenaufwand.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ladesystem
und ein Verfahren zum Betrieb eines Ladesystems für Batterien
bereitzustellen, welche geeignet sind, den Arbeits- und Kostenaufwand
bei der Ladung mehrerer Batterien insbesondere hinsichtlich der
Logistik und Disposition vergleichsweise gering zu halten.
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Diese
Aufgabe wird einerseits durch ein Ladesystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und andererseits durch ein Verfahren zum Betrieb eines Ladesystems
gemäß den Merkmalen des
Patentanspruchs 18 gelöst.
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Das
Ladesystem gemäß der Erfindung
umfasst ein Leitungssystem, mit dem mehrere wiederaufladbare Batterieschaltungen
verbunden sind, bei dem die Batterieschaltungen jeweils einen Laderegler,
der mit dem Leitungssystem verbunden ist, und jeweils eine wiederaufladbare
Batterie aufweisen. Eine Ladevorrichtung, die mit dem Leitungssystem verbunden
ist, dient zur Einstellung einer Ladeleistung und zur Einspeisung
der Ladeleistung in das Leitungssystem. Der Laderegler wenigstens
einer der Batterieschaltungen ist derart ausgebildet, dass er das
Laden der Batterie der einen der Batterieschaltungen selbständig verwaltet.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Batterie, beispielsweise
eine Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise über ein
Adapterkabel mit eingebautem Laderegler an das Leitungssystem angeschlossen
werden kann, das einem "Ladebus" oder einem "Bus-Ladekabel" gleicht. Dabei besteht
die Möglichkeit,
dass über
den jeweiligen Laderegler einer jeweiligen Batterieschaltung deren
Batterie individuell, beispielsweise in Abhängigkeit des Ladezustands der
Batterie, geladen werden kann, wobei über das Bus-Ladekabel mehrere Batterien
von der Ladevorrichtung geladen werden können. Der per sonelle Arbeits-
und Kostenaufwand hinsichtlich der Logistik und Disposition wird
dabei deutlich reduziert, da der Laderegler derart eingestellt werden
kann, dass die Ladung unterbrochen wird, sobald die geladene Batterie
den vollen Ladezustand erreicht hat, wobei die betreffende Batterieschaltung
am Bus-Ladekabel angeschlossen bleiben kann. Die nicht mehr benötigte Ladeleistung
der Ladevorrichtung kann über
das Leitungssystem zur Ladung einer weiteren Batterieschaltung über einen dieser
zugeordneten Laderegler zur Verfügung
gestellt werden. Weiterhin ist es möglich, dass mit Beendigung
des Ladevorgangs einer Batterieschaltung die anderen zu ladenden
Batterieschaltungen über das
Leitungssystem mit höherer
Ladeleistung geladen werden, so dass sich deren Ladezeit verringert. Insgesamt
entsteht gemäß der Erfindung
damit ein flexibles Ladesystem, das hinsichtlich der Anforderungen
des Benutzers individuell angepasst werden kann.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung sind die Ladevorrichtung und wenigstens
eine der Batterieschaltungen derart ausgebildet, dass die Ladevorrichtung
zum Zwecke der Einspeisung der Ladeleistung Daten von der einen
der Batterieschaltungen empfängt.
Damit ist es möglich,
dass sich die Ladevorrichtung individuell entsprechend den empfangenen
Daten auf diese Batterieschaltung einstellt, beispielsweise die
Ladespannung in geeigneter Höhe
einstellt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist das Leitungssystem, beispielsweise ein Bus-Ladekabel
oder eine Bus-Ladeschiene, wenigstens einen Leiter auf, über welchen
die Ladeleistung und die Daten von einer der Batterieschaltungen übertragen
werden. Damit ist das Leitungssystem zugleich auch als Datenleitung
verwendbar, womit sich der Kostenaufwand wiederum reduzieren lässt. Beispielsweise überträgt die Ladevorrichtung über das Leitungssystem
in einem Ladebetrieb die Ladeleistung und empfängt in einem Kommunikationsbetrieb Daten
von wenigstens einer mit dem Leitungssystem verbundenen Batterieschaltung.
Beispielsweise werden Ladebetrieb und Kommunikationsbetrieb in einem
Multitasking-Verfahren ausgeführt.
Dies bedeutet, dass die Ladevorrichtung den Ladebetrieb und Kommunikationsbetrieb
quasi parallel ausführt,
wobei der Ladebetrieb und Kommunikationsbetrieb zeitlich gestaffelt
sein kann. Zum Beispiel wird ein Leitungssystem in Form ei nes Ladekabels
in Ladepausen von etwa 50 bis 100 ms als Datenkabel verwendet. Es
können
auch während
des Ladevorgangs mit Hilfe von aufmodulierten Signalen Daten von
wenigstens einer mit dem Leitungssystem verbundenen Batterieschaltung
abgefragt werden. Diese Variante ist jedoch im Vergleich zu der
zeitlichen Staffelung zwischen Ladebetrieb und Kommunikationsbetrieb vergleichsweise
kostenintensiv.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ladevorrichtung über das
Leitungssystem einen jeweiligen Status von mehreren mit dem Leitungssystem
verbundenen Batterieschaltungen abfragt, und dabei eine Auswahl
trifft, welche der Batterieschaltungen mit Ladeleistung versorgt
wird, und eine entsprechende Steuerung vornimmt. Beispielsweise
wird die Ladeleistung abhängig
von dem abgefragten Status der jeweiligen Batterieschaltung eingestellt.
Auf diese Art ist eine individuelle Steuerung der Ladung einer Batterieschaltung
selbst für
den Fall ermöglicht,
in dem mehrere Batterieschaltungen am Leitungssystem angeschlossen
sind. Beispielsweise ist eine Steuerung dahingehend möglich, dass
eine vergleichsweise voll geladene Batterieschaltung von der Ladevorrichtung
als solche erkannt wird, woraufhin diese andere Batterieschaltungen
mit Ladeleistung bevorzugt versorgt.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist eine Mensch-Maschine-Schnittstelle
zur Eingabe einer jeweiligen Priorität für die einzelnen Batterieschaltungen
vorgesehen, die es erlaubt, die einzelnen Batterieschaltungen hinsichtlich
ihrer Ladepriorität
einzustufen. Die Ladevorrichtung wertet die jeweilige Priorität der mit
dem Leitungssystem verbundenen Batterieschaltungen aus und lädt eine
Batterieschaltung mit höherer
Priorität
bevorzugt mit höherer
Ladeleistung gegenüber
Batterieschaltungen mit demgegenüber
niedrigerer Priorität.
Die Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Eingabe der jeweiligen Priorität ist beispielsweise
am Laderegler der jeweiligen Batterieschaltung vorgesehen. So kann
im Anwendungsfall, wie einleitend beschrieben, von dem Personal
eines Autohauses am Laderegler eingegeben werden, welche der Fahrzeugbatterien
bevorzugt geladen werden soll. Die Ladevorrichtung steuert dementsprechend
denjenigen der Laderegler mit höchster
Priorität
derart an, dass dieser die entsprechende zu ladende Batterie mit
größtmöglicher
Ladeleistung lädt.
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Für den Fall,
dass mehrere Batterieschaltungen mit gleicher Priorität belegt
werden, kann gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen werden, dass die Batterieschaltungen mit
gleicher Priorität
entsprechend ihrem jeweiligen Ladezustand mit Ladeleistung versorgt
werden, wobei diejenige der Batterieschaltungen mit niedrigstem
vorliegendem Ladezustand bevorzugt mit Ladeleistung versorgt wird.
Wenn alle Batterieschaltungen der jeweiligen Priorität in den
vollen Ladezustand gebracht sind, werden Batterieschaltungen niedrigerer
Priorität
mit Ladeleistung versorgt. Beispielsweise wird mit dem Laden einer
oder mehrerer Batterieschaltungen mit zweithöchster Priorität erst begonnen,
wenn alle Batterieschaltungen mit höchster Priorität vollständig geladen
sind.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ladesystem in einer konkreten
Anwendung beispielsweise mit einem Kraftfahrzeug verbunden. Entsprechend
weist eine der Batterieschaltungen des Ladesystems eine in einem
Fahrzeug enthaltene Batterie auf. Beispielsweise kann jedes Fahrzeug über ein
Adapterkabel mit eingebautem Laderegler an das Leitungssystem angeschlossen
werden. In einer anderen Ausführungsform
ist es möglich,
einen eigens dafür
vorgesehenen Steckanschluss vorzusehen, mit dem beispielsweise ein
Fahrzeug mit dem Leitungssystem verbunden werden kann.
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Gemäß dem letzteren
Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug
mit wenigstens einer Batterie und mit einem Steckanschluss zum Laden
der Batterie, bei dem der Steckanschluss einerseits mit der Batterie
des Kraftfahrzeugs verbunden ist und andererseits angepasst ist, mit
einem Laderegler eines Ladesystems gemäß der vorliegenden Erfindung
verbunden zu werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese ein Kraftfahrzeug mit
wenigstens einer Batterie und mit einem Steckanschluss zum Laden
der Batterie, bei dem der Steckanschluss einerseits mit einem Laderegler
eines Ladesystems gemäß der vorliegenden
Erfindung verbunden ist und anderer seits angepasst ist, mit einem
Leitungssystem eines Ladesystems gemäß der Erfindung verbunden zu
werden.
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Gemäß diesen
Aspekten der Erfindung ist es ermöglicht, ein Kraftfahrzeug mit
Hilfe eines Steckanschlusses etwa an eine Ladeschiene oder an ein
Ladekabel bzw. an einen Laderegler in einfacher Art und Weise anzuschließen, ohne
dass etwaige Montagearbeiten an der Batterie vorgenommen werden müssen. Damit
kann eine Fahrzeugbatterie auch durch technisch unkundiges Personal
an ein Ladesystem gemäß der Erfindung
angeschlossen werden.
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Weitere
vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Figuren, die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung darstellen, näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Ladesystems
für mehrere
Batterien, die in jeweiligen Kraftfahrzeugen angeordnet sind,
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2 eine
schematische Querschnittansicht einer Ladeschiene einerseits und
eines Steckanschlusses in offener und geschlossener Stellung andererseits,
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3 eine
Darstellung einer Verbindungsanordnung eines Ladekabels mit einem
Laderegler über
ein Steckergehäuse,
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4 eine
schematische Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform
eines Steckanschlusses in der geschlossenen Stellung.
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In 1 ist
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Ladesystems
für Batterien
dargestellt, bei dem mehrere wiederaufladbare Batterieschaltungen
BS1 bis BS100 mit einem Leitungssystem LB verbunden sind. Die Batterieschaltungen BS1
bis BS100 weisen jeweils einen Laderegler LR1 bis LR100 auf, die
mit dem Leitungssystem LB parallel verbunden sind. Als Teil der
jeweiligen Batterieschaltungen BS1 bis BS100 sind jeweilige Batterien
B1 bis B100 vorgesehen, die im vorliegenden Anwendungsfall in jeweiligen
Fahrzeugen 1 bis 100 enthalten sind. Das Leitungssystem
LB ist beispielsweise als Bus-Ladekabel ausgebildet, wobei zwei
Leiter LB1 und LB2 vorgesehen sind, die über einen Abschlusswiderstand
R1 miteinander verbunden sind. Der Leiter LB1 ist mit dem positiven
Ausgang des Ladegeräts
LG verbunden, während
der Leiter LB2 mit dem negativen Ausgang des Ladegeräts LG verbunden
ist. Das Ladegerät
LG ist eine Ladevorrichtung zur Einstellung einer Ladeleistung und
zur Einspeisung der Ladeleistung in das Leitungssystem LB, wobei
das Ladegerät
LG eingangsseitig beispielsweise mit einer Wechselspannung von 230
V eines Versorgungsnetzes beaufschlagt wird. Am Ladeausgang des
Ladegeräts
LG wird beispielsweise eine Gleichspannung von 20 V bei einem maximalen
Strom von 10 A für
das Leitungssystem LB bereitgestellt.
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Beispielsweise
wird jede Fahrzeugbatterie B1 bis B100 über ein Adapterkabel mit eingebautem Laderegler
LR1 bis LR100 an den Ladebus LB angeschlossen. Jeder der Laderegler
LR1 bis LR100 ist derart ausgebildet, dass er das Laden der jeweiligen Batterie
B1 bis B100 selbständig
verwaltet. Der Ladebus LB ist derart ausgebildet, dass an diesen
im Prinzip eine beliebige Anzahl von Batterieschaltungen anschließbar ist,
wobei die Anzahl der Batterieschaltungen, die aktiv geladen werden,
im Wesentlichen von der Leistungsfähigkeit des Ladegeräts LG abhängt. Nicht
zu ladende oder bereits voll geladene Batterieschaltungen können jedoch
am Ladebus LB verbleiben, etwa bis ein erneuter Ladevorgang beispielsweise
in Folge einer zwischenzeitlichen Entladung erforderlich ist. In
einem Zahlenbeispiel könnten
bei einem Ladestrom von 10 A in 24 Stunden per Batterie 4,8 Ah geladen
werden, wenn an dem Ladebus 50 Batterien angeschlossen sind und
die Tagesleistung des Ladegeräts
240 Ah beträgt.
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Das
Ladegerät
LG ist derart ausgebildet, dass dieses zum Zwecke der Einspeisung
von Ladeleistung Daten von einer der Batterieschaltungen BS1 bis
BS100 empfängt.
Zu diesem Zweck ist gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
kein eigenes Datenkabel erforderlich, vielmehr erfolgt die Übertragung
der Daten ebenfalls über
die Einzelleiter LB1, LB2, über
die auch die Ladung der Batterieschaltungen erfolgt. Insbesondere
wird von dem Ladegerät LG
ein Status der mit dem Ladebus LB verbundenen Batterieschaltungen
BS1 bis BS100 abgefragt, wobei insbesondere der Status der einzelnen
Laderegler LR1 bis LR100 abgefragt wird. Damit kann festgestellt
werden, wie viele Fahrzeuge an dem Ladebus LB angeschlossen sind,
wie der Ladezustand der einzelnen Fahrzeugbatterien B1 bis B100
ist und welches Fahrzeug mit welcher Ladepriorität versehen ist.
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Zur
Festlegung der Ladepriorität
ist beispielsweise am jeweiligen Laderegler eine Mensch-Maschine-Schnittstelle
MMI vorgesehen, über
welche die Priorität
für das
einzelne Fahrzeug eingegeben werden kann. In dem Ladegerät LG ist ein
Prozessor PR enthalten, der die entsprechenden Daten verarbeiten
kann. Weiterhin kann von einem solchen Prozessor festgestellt werden,
welche der Batterien leer sind bzw. tiefentladen sind, so dass beispielsweise überschüssige Ladeleistung
des Ladegeräts
an andere zu ladende Fahrzeuge verteilt werden kann.
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Im
Folgenden wird ein Verfahren zum Betrieb eines Ladesystems gemäß 1 näher beschrieben.
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Beim
Einschalten des Ladegeräts
LG schaltet dieses den Ladebus LB zunächst in den Ladebetrieb. Weiterhin
sei angenommen, dass eine der gezeigten Batterieschaltungen BS1
bis BS100 an den Ladebus LB angeschlossen wird. Jeder Laderegler LR1
bis LR100 hat beim erstmaligen Anschließen an die entsprechende Fahrzeugbatterie
B1 bis B100 beispielsweise eine Adresse 0000. Beim Anschluss an
die Fahrzeugbatterie erhält
der jeweilige Laderegler einen Reset-Impuls, der den Laderegler auf die Adresse
0000 setzt (z.B. gespeichert in einem Speicher des Prozessors P).
Erkennt der Laderegler, dass der Ladebus beispielsweise eine Spannung
von größer 10 V
hat, meldet sich der Laderegler durch Signale, insbesondere in Form
von Stromimpulsen von beispielsweise 0,5 A an dem Ladegerät LG an,
die durch einen Lastwiderstand im Laderegler erzeugt werden, in 1 beispielhaft
gezeigt anhand des Lastwiderstands R3, der durch den Schalter SW3
aktiv geschaltet wird. Der Schalter SW3 wird bei spielsweise durch
den Prozessor P des Ladereglers LR1 impulsartig in gleichen Zeitintervallen
angesteuert.
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Die
Anmeldeimpulse werden beispielsweise in einem zeitlichen Abstand
von 2,5 ms und einer Frequenz von 400 Hz erzeugt, was im Prozessor
P eingestellt werden kann. Diese Anmeldeimpulse werden vom Ladegerät LG ausgewertet,
beispielsweise mittels eines geeigneten Differenzverstärkers, wobei insbesondere
der zeitliche Abstand zwischen den Anmeldeimpulsen ausgewertet wird.
Hierbei wird insbesondere detektiert, ob die Anmeldeimpulse in einem
regelmäßigen Abstand
abgegeben werden, so dass etwaige unregelmäßige Störimpulse im Ladegerät keine
Aktion auslösen.
Für den
Fall, dass sich mehrere Laderegler LR1 bis LR100 gleichzeitig mit Anmeldeimpulsen
anmelden, kann vom Ladegerät LG
ebenfalls kein regelmäßiger zeitlicher
Abstand der Anmeldeimpulse (mithin gleiche zeitliche Abstände zwischen
den Anmeldeimpulsen) festgestellt werden, so dass ebenfalls keine
Aktion in dem Ladegerät LG
ausgelöst
wird. Erhält
der jeweilige Laderegler keine Rückmeldung
vom Ladegerät
in einem gewissen zeitlichen Abstand, so schaltet der betreffende Laderegler
die Impulserzeugung ab, beispielsweise durch Entladung eines entsprechenden
RC-Gliedes, das zur Impulserzeugung dient. Nach Wiederaufladung
des RC-Gliedes erfolgt
eine erneute Erzeugung von Anmeldeimpulsen. Werden die einzelnen
Laderegler mit gleichen RC-Gliedern mit einer vergleichsweise hohen
Fertigungstoleranz ausgestattet, so ist es statistisch unwahrscheinlich,
dass mehrere Laderegler nach Aufladung ihrer jeweiligen RC-Glieder wiederum
gleichzeitig Anmeldeimpulse an das Ladegerät abgeben. Auf diese Art kann
weitgehend sichergestellt werden, dass bei einem erneuten Anmeldevorgang
nur einer der Laderegler Anmeldeimpulse an das Ladegerät abgibt.
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Der
Ladebus LB wird nun auf den Kommunikationsbetrieb zur Übertragung
von Daten umgeschaltet. Das Ladegerät LG spricht nun die Adresse 0000
an. Der neu angeschlossene Laderegler, der beim erstmaligen Anschalten
an die Fahrzeugbatterie diese Adresse erhält, wie oben beschrieben, meldet
sich und erhält
vom Ladegerät
beispielsweise die Adresse 0001 zugeteilt. Weiterhin wird der Laderegler
bzw. die entsprechende Batterieschaltung durch das Ladegerät LG angesprochen,
ein Status der Batterieschaltung abgefragt, wobei bei spielsweise
die Batterieklemmspannung UB, die Priorität und die Spannung
ULR an den Eingängen E1 beispielsweise des
Ladereglers LR1 abgefragt wird und im Ladegerät LG gespeichert wird. Mit
Hilfe der zugeteilten Adresse kann die jeweilige Batterieschaltung
durch das Ladegerät
angesprochen werden und die empfangenen Daten dieser Batterieschaltung
können entsprechend
zugeordnet werden.
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Im
Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, wie ein Spannungsabfall
am Ladebus LB berechnet werden kann, so dass das Ladegerät LG eine geeignete
Spannung UL an seinen Ausgängen bereitstellen
kann, um eine Batterieschaltung weitgehend ortsunabhängig optimal
mit Ladeleistung versorgen zu können.
Damit kann eine Batterie, beispielsweise B100 des Fahrzeugs 100 im
Wesentlichen mit gleicher Ladeleistung geladen werden wie eine Batterie, die
am Beginn des Ladebusses LB angeschlossen ist, wie beispielsweise
die Batterie B1 des Fahrzeugs 1. Hierzu wird zunächst der
Ladebus LB auf den Ladebetrieb durch das Ladegerät LG eingestellt, wobei nachfolgend
eine Messung der Spannung ULR am Eingang,
beispielsweise E1, einer angeschlossenen ersten Batterieschaltung
BS1 vorgenommen wird. Eine solche Messung wird im Ladebetrieb durch
den Laderegler LR1 vorgenommen. Nachfolgend wird der Ladebus LB
auf den Kommunikationsbetrieb durch das Ladegerät LG eingestellt, wobei der
Spannungswert ULR am Eingang E1 der Batterieschaltung
BS1, d.h. am Eingang des Ladereglers LR1, an das Ladegerät LG im
Kommunikationsbetrieb übermittelt
wird. Das Ladegerät
LG errechnet daraufhin einen Spannungsabfall am Ladebus LB anhand
des Spannungswerts ULR und stellt eine entsprechende
Ladespannung UL an seinem Ausgang ein. Dieses
Vorgehen kann für
jede der Batterieschaltungen BS1 bis BS100, für den Fall, dass eine solche
am Ladebus LB angeschlossen ist, durchgeführt werden.
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In
einer konkreten Ausführungsform
wird zum Errechnen des Spannungsabfalls am Ladebus LB dieser auf
den Ladebetrieb eingestellt und vom Laderegler, beispielsweise LR1,
wird die Batterie B1 an den Ladebus LB geschaltet. Nun wird die
Spannung ULR am Eingang E1 des Ladereglers
LR1 gemessen. Danach meldet der Laderegler LR1 wieder über die
bereits oben erwähnten
Signalimpulse einen Datenverkehr an. Das Ladegerät LG stellt den Ladebus LB
auf den Kommunikationsbetrieb ein und geht auf Empfang. Das Ladegerät bekommt
die Adresse des Ladereglers LR1 sowie den Wert der Spannung ULR am Ladereglereingang E1 und kann somit
den Spannungsabfall am Ladebus LB für die Batterieschaltung BS1
errechnen und dementsprechend die erforderliche Ladespannung UL einstellen. Für den Fall, dass mehrere Batterieschaltungen
am Ladebus LB angeschlossen sind, wird vom Ladegerät beispielsweise
für eine
der Batterieschaltungen ein optimaler Wert der Ladespannung UL eingestellt, wobei die übrigen Laderegler über einen
Spannungssteller, beispielsweise einen Tiefsetzsteller T, den für sie geeigneten
Spannungswert zur Ladung der jeweiligen Batterie einstellen können. Somit
wird ein zusätzlicher
Freiheitsgrad geschaffen, so dass es ermöglicht ist, weitgehend alle
am Ladebus angeschlossenen Batterieschaltungen mit optimaler Ladeleistung
aus dem Ladegerät
zu versorgen.
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Nach
diesem Betrieb zum Errechnen des Spannungsabfalls am Ladebus wird
vom Ladegerät die
eigentliche Ladung eingeleitet, indem auf den Ladebetrieb umgeschaltet
wird. Hierbei wird vom Ladegerät
LG versucht, eine maximale Ladeleistung des Ladegeräts in das
Leitungssystem des Ladebusses LB einzuspeisen. Stellt das Ladegerät bei der
Ladung fest, dass beispielsweise der maximal mögliche Strom von 10 A nicht
erreicht wird, wird über
ein im Ladegerät
LG implementiertes Verfahren beispielsweise durch den Prozessor
PR ein weiterer Laderegler angesprochen. Hierbei wird der Überschuss
gegenüber
derjenigen Ladeleistung, die zum Laden einer ersten Batterieschaltung
benötigt
wird, zum Laden wenigstens einer weiteren Batterieschaltung verwendet.
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung kann hierbei über
die Mensch-Maschine-Schnittstelle
MMI eines jeden Ladereglers eine jeweilige Priorität für die jeweilige
Batterieschaltung BS1 bis BS100 eingegeben werden, die beim Ladevorgang
vom Ladegerät
LG berücksichtigt
wird. So wird vom Ladegerät über den
Ladebus LB ein jeweiliger Status der mit dem Ladebus verbundenen
Batterieschaltungen BS1 bis BS100 abgefragt, wobei die jeweiligen
Prioritäten
für die
einzelnen Batterieschaltungen ausgewertet werden. Vom Ladegerät LG wird hierbei
eine Batterieschaltung mit höherer
Priorität hinsichtlich
der Ladeleistung bevorzugt, wobei das Ladegerät die einzelnen Laderegler
entsprechend ansteuert. Beispielsweise wird ein Laderegler mit höherer Priorität aktiv
geschal tet, während
ein Laderegler mit niedrigerer Priorität zunächst passiv geschaltet wird,
so dass dieser keine Ladeleistung entnimmt und somit die gesamte
Ladeleistung für
die Batterieschaltung mit höchster
Priorität
zur Verfügung steht.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann
innerhalb einer Prioritätengruppe
wiederum eine Stafflung vorgenommen werden. So werden beispielsweise
Batterieschaltungen mit gleicher Priorität entsprechend ihrem jeweiligen
Ladezustand mit Ladeleistung versorgt, wobei diejenige der Batterieschaltungen
mit niedrigstem vorliegenden Ladezustand bevorzugt mit Ladeleistung
versorgt wird. Danach können
Batterieschaltungen mit demgegenüber niedrigerer
Priorität
mit Ladeleitung versorgt werden, wobei wiederum diejenige der Batterieschaltungen mit
niedrigstem vorliegendem Ladezustand zunächst bevorzugt wird. Bei Erreichen
der Ladeschlussspannung von beispielsweise 13,8 V wird die Ladung
für die
entsprechende Batterieschaltung unterbrochen und die freigegebene
Energie auf ein anderes Fahrzeug geschaltet. Beispielsweise wird
das Fahrzeug mit Priorität 1 und
der niedrigsten Batterieklemmenspannung (d.h. niedrigster Ladezustand)
als Erstes geladen, wobei der entsprechende Laderegler vom Ladegerät aktiv
geschaltet wird. Dies kann beispielsweise über den Ladebus im Kommunikationsbetrieb erfolgen.
Danach erfolgt die Ladung desjenigen Fahrzeugs mit der zweitniedrigsten
Batterieklemmenspannung der Priorität 1, usw. Sind alle
Fahrzeuge der Priorität 1 in
dem eingestellten Zyklus geladen worden, erfolgt die Auswahl der
Priorität 2,
danach Priorität 3,
usw. Nach Ablauf eines vollständigen
Ladezyklus wird mit der Abfrage einer der Batterieschaltungen mit
höchster
vorliegender Priorität
fortgefahren. Das bedeutet, danach beginnt die Auswahl wieder bei
Priorität 1,
usw.
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Wie
oben bereits beschrieben, überträgt das Ladegerät LG in
einem Ladebetrieb die Ladeleistung und empfängt in einem Kommunikationsbetrieb
Daten von den Batterieschaltungen BS1 bis BS100. Hierbei werden
insbesondere der Ladebetrieb und der Kommunikationsbetrieb zeitlich
gestaffelt. Beispielsweise stellt das Ladegerät LG den Ladebus LB für einen
Kommunikationsbetrieb auf ein Potenzialniveau ein, das sich von
einem Potenzialniveau für
den Ladebetrieb unterscheidet. Beispielsweise wird der Ladebetrieb
mit einer Spannung von größer 10 V
am Ladebus LB durchgeführt,
wohingegen der Kommunikati onsbetrieb beispielsweise mit einer Spannung von
5 V durchgeführt
wird. Alternativ dazu wäre
es grundsätzlich
möglich,
Daten von den Batterieschaltungen auch während des Ladebetriebs mit
Hilfe von aufmodulierten Signalen zu empfangen, wobei vorteilhaft
eine Signalfrequenz für
die aufmodulierten Signale verwendet wird, bei der die jeweiligen
Batterien bzw. deren Innenwiderstände hochohmig sind. Da der
Ladebus mit einem Abschlusswiderstand R1 abgeschlossen ist, kann
dieser somit auch als Datenkabel verwendet werden. Hierbei werden
die einzelnen Batterieschaltungen über Adressen angesprochen und
zugeordnet. Jedes entfernte Fahrzeug wird aus der Adressenliste
gelöscht
und die Adresse für
ein neues Fahrzeug freigegeben. Ein Kommunikationsbetrieb wird beispielsweise
in Zeitabständen
von 2 bis 5 Minuten mit einer Zeitdauer von ca. 50 bis 100 ms durchgeführt. Damit
fallen bei einem zeitlich gestaffelten Betrieb zwischen Ladebetrieb
und Kommunikationsbetrieb die durch letzteren herbeigeführten Ladepausen
hinsichtlich der Gesamtladezeit kaum ins Gewicht.
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Wie
oben beschrieben, wurde eine Ausführungsform gewählt, bei
der das Ladegerät
eine Ladespannung UL liefert in einer Höhe, welche
der am weitesten entfernte Laderegler nach Abzug des Leitungswiderstands
benötigt,
um eine optimale Ladeleistung für
die jeweilige Batterie zur Verfügung
zu stellen. In einer demgegenüber
einfacheren Ausführungsform
ist es jedoch auch möglich,
im Ladegerät LG
einen Vorwiderstand vorzusehen, in 1 mit R2 bezeichnet,
an welchem in Reihe mit dem Ladebus LB eine überschüssige Ladespannung abfällt. Beispielsweise
wird im Ladegerät
eine Ladespannung vor dem Vorwiderstand R2 von 16 bis 18 V (Leerlauf) eingestellt.
An einer zu ladenden Batterie stellt sich immer die maximale Batterieklemmenspannung
gemäß der bekannten
sogenannten W-Kennlinie ein. Diese besagt im Wesentlichen, dass
bei niedriger Batterieklemmenspannung ein hoher Ladestrom fließt, während bei
hoher Batterieklemmenspannung ein entsprechend niedriger Ladestrom
fließt.
Somit kann an dem in Reihe mit dem Ladebus LB geschalteten Vorwiderstand
R2 die überschüssige Ladespannung
abfallen (bei niedriger Batterieklemmenspannung hoher Spannungsabfall
in Folge hohen Ladestroms und bei hoher Batterieklemmenspannung niedrigerer
Spannungsabfall in Folge eines geringeren Ladestroms), so dass eine
geregelte Ladespannung für
einen solchen Fall nicht notwendig ist. Ein Nachteil hierbei ist
jedoch, dass an dem Vorwiderstand insbesondere bei hohen Ladeströmen eine hohe
Verlustleistung entsteht, die in Form von Wärme abgeführt wird.
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In
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist gemäß einer
weiteren Ausführungsform eine
Dateneinspeisevorrichtung vorgesehen, die mit dem Ladebus verbunden
ist zur Einspeisung von Daten in das Leitungssystem, die von einer
zu den Batterieschaltungen unterschiedlichen Einrichtung stammen.
Beispielsweise ist eine Überwachungseinrichtung
UE vorgesehen, die Überwachungsdaten über den
Ladebus zu einer Datenauslesevorrichtung überträgt, die mit dem Ladebus verbunden
ist und die die von der Überwachungseinrichtung
UE eingespeisten Daten zur Auswertung derselben empfängt. Beispielsweise
ist die Überwachungseinrichtung
UE mit einem der Laderegler, beispielsweise dem Laderegler LR100,
verbunden und die Datenauslesevorrichtung in dem Ladegerät LG enthalten.
Durch die Überwachungseinrichtung
UE wird insbesondere eine sich lösende
Verbindung einer der Batterieschaltungen, im vorliegenden Fall der
Batterieschaltung BS100, die zuvor mit dem Leitungssystem verbunden
war, erkannt und ein entsprechendes Informationssignal generiert
und an das Ladegerät
LG übertragen.
Damit kann beispielsweise ein Diebstahlschutz verwirklicht werden,
indem von der Überwachungseinrichtung
UE detektiert wird, wenn eine der Batterieschaltungen abgeklemmt
wird, mithin das entsprechende Fahrzeug entfernt wird.
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Über eine
Datenverbindung DV am Ladegerät
LG kann ein entsprechendes Alarmsignal an einem externen Gerät ausgelöst werden.
Mit der Überwachungseinrichtung
UE können
beispielsweise Bewegungsmelder, Überwachungskameras
oder ähnliche Überwachungseinrichtungen
mit dem Ladebus verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich ist
es auch möglich,
einen der Laderegler ähnlich
zu der Überwachungseinrichtung
UE beispielsweise mit einer Diagnoseschnittstelle des Fahrzeugs
zu verbinden, um Fahrzeugdaten aus dem Fahrzeug auszulesen und nach
außen
zu übertragen.
Die Fahrzeugdaten können
beispielsweise wiederum über
die externe Datenverbindung DV ausgelesen werden. Für eine zu
realisierende Überwachung
können
in Verbindung mit einem Notruf-Telefon Alarme an jede vorgewählte Telefonnummer übermittelt
werden.
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Weiterhin
kann in dem Ladegerät
LG oder allgemein in einer entsprechenden Datenauslesevorrichtung
eine Zeitüberwachung
installiert werden. Beispielsweise wird ein Zeitfenster eingestellt,
in dem die Anlage auf Entfernen eines Fahrzeugs hin überwacht
wird, beispielsweise von 18 Uhr bis 7 Uhr des nächsten Tages. In diesem Zeitraum
kann nach Aktivierung der Überwachung
ein Abziehen oder Abklemmen eines Ladereglers überwacht und als Alarm gemeldet
werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann Serviceinformation betreffend die Batterieladung
beispielsweise auf einem Anzeigepanel zur Verfügung gestellt werden. Dazu
ist das Ladegerät LG
beispielsweise über
die Datenverbindung DV mit einem Anzeigegerät AN verbunden, etwa zur Anzeige
der einzelnen Batterieladungen der jeweiligen Fahrzeuge, wobei die
Information auch an einen Computer übertragen werden kann, etwa
um Statistik oder Garantieansprüche
zu dokumentieren. Allgemein ist somit mit dem Ladesystem gemäß der Erfindung
eine Anlage geschaffen, die es in eleganter Art und Weise ermöglicht,
mehrere Batterieschaltungen gleichzeitig flexibel zu laden und dabei
ohne zusätzlichen
Verkabelungsaufwand Serviceinformation bereitzustellen. Damit kann
der Arbeits- und Kostenaufwand wirksam reduziert werden.
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Gemäß der Ausführungsform
nach 1 sind dabei die einzelnen Batterieschaltungen
parallel mit dem Ladebus verbunden. Es ist jedoch auch die Möglichkeit
gegeben, in Serie geschaltete Batterieschaltungen zu überwachen
und mit Ladeleistung zu versorgen. Die erste Variante hat dabei
den Vorteil, dass der Ladestrom der zu ladenden Batterie direkt
zugeführt
wird. Der Laderegler bestimmt hierbei den idealen Ladestrom, während das
zentrale Ladegerät
die erforderlichen Daten errechnet. Insbesondere trifft das zentrale
Ladegerät
eine Auswahl, welche der Batterien geladen wird, wie oben beschrieben.
Hingegen wird der Ladezustand der Batterie vom Laderegler ermittelt
und dem zentralen Ladegerät übermittelt.
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In 2 ist
eine mögliche
Realisierung von einzelnen Komponenten des erfindungsgemäßen Ladesystems
gezeigt. Das Leitungssystem LB ist hierbei als Ladeschiene ausgeführt mit
einer ersten leitenden Schiene S1 (beispielsweise aus Kupfer), einer
zweiten leitenden Schiene S2 (beispielsweise Kupfer) und einem dazu
mittig angeordneten, sich längs
erstreckenden Eisenkern F. Die Ladeschienen können beispielsweise modulartig
aufgebaut sein, so dass das Ladesystem flexibel ausgebaut werden kann.
Hierzu wird beispielsweise die leitende Schiene S1 mit der leitenden
Schiene S3 verbunden, die leitende Schiene S2 mit der leitenden
Schiene S4 verbunden.
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Im
unteren Teil der 2 ist eine mögliche Realisierung eines Steckanschlusses
SA1 gezeigt. Der Steckanschluss SA1 weist einen ersten Anschluss
A1 und einen zweiten Anschluss A2 auf, die angepasst sind, um mit
den Schienen einer Ladeschiene, beispielsweise mit S1 bzw. S2, verbunden zu
werden. Weiterhin ist ein Magnet M vorgesehen, der mit dem Eisenkern
F zusammenwirkt, so dass eine Kraft auf den Steckanschluss SA1 ausgeübt wird,
um den Kontakt zu schließen.
Im unteren rechten Bildteil der 2 ist der
geschlossene Zustand des Steckanschlusses SA1 gezeigt. Die Anschlüsse A1 und
A2 sind mit einem der Laderegler LR1 bis LR100 verbunden.
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In 3 ist
eine Realisierung gezeigt, bei der ein Ladekabel mit den Leitern
K1, K2 über
einen Steckanschluss SA2 mit einem der Laderegler LR1 bis LR100
verbunden ist. Hierbei ist in 4 ein Querschnitt
durch das Steckergehäuse
gezeigt. Zwei Hälften
SA21 und SA22 sind über
ein Scharnier SA30 miteinander verbunden, so dass der obere Teil SA22
auf den unteren Teil SA21 in einer Klappbewegung zubewegt werden
kann, wobei die beiden Teile über
einen Schnellverschluss SV miteinander verschließbar sind. Im unteren Teil
SA21 sind Kontaktmesser KM angeordnet, während im oberen Teil SA22 das
Ladekabel untergebracht ist und mit der Klappbewegung des Teils
SA22 auf die Kontaktmesser KM zubewegt wird, so dass diese in die
einzelnen Leiter K1, K2 des Ladekabels zur kontaktgebenden Verbindung
eindringen. Die Kontaktmesser KM sind mit einem der Laderegler LR1
bis LR100 verbunden. Mit einem solchen Stecker SA2 ist es ermöglicht, eine
Batterieschaltung flexibel an einer im Prinzip beliebigen Stelle
des Ladekabels anzuschließen,
indem einfach der Steckanschluss an einer vorgesehenen Stelle des
Ladekabels zur kontaktgebenden Verbindung geschlossen wird.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
ist es auch möglich,
die gemäß 2 bis 4 gezeigten
Steckanschlüsse
zwischen einem der Laderegler LR1 bis LR100 und einer der Batterien
B1 bis B100 vorzusehen. In diesem Fall sind die Laderegler beispielsweise
fest an dem Ladebus angebracht. Ebenso ist es möglich, etwa ein Adapterkabel
mit eingebautem Laderegler mit einem solchen Steckanschluss zu versehen,
wobei das Adapterkabel beidseitig mit dem Ladebus bzw. der Batterie
verbunden wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann insbesondere ein Kraftfahrzeug
beispielsweise mit einem Steckanschluss, wie gemäß 2 bis 4 gezeigt,
ausgerüstet
werden. Beispielsweise kann ein solcher Steckanschluss mit der Fahrzeugbatterie
verbunden werden, wobei er andererseits angepasst ist, mit einem
Laderegler eines erfindungsgemäßen Ladesystems
verbunden zu werden. Auf diese Art ist es möglich, dass nach Öffnen der Motorhaube
der bereits vorgesehene Steckanschluss in vergleichsweise einfacher
Art und Weise mit einem Laderegler verbunden werden kann. Alternativ
dazu ist es möglich,
einen Laderegler ebenfalls in einem Fahrzeug vorzusehen, wobei der
Steckanschluss einerseits mit dem Laderegler verbunden ist und andererseits
angepasst ist, mit einem Ladebus eines erfindungsgemäßen Ladesystems
verbunden zu werden, wie beispielsweise in den 2 bis 4 dargestellt.
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Mit
einem solchen Steckanschluss ist es beispielsweise Einrichtungen,
die eine große
Anzahl von Kraftfahrzeugen vorhalten, ermöglicht, ihre Fahrzeuge in einfacher
Art und Weise an ein erfindungsgemäßes Ladesystem anzuschließen, um
Fahrzeugbatterien zu laden bzw. um eine Ladungserhaltung zu gewährleisten.