DE102011084350A1

DE102011084350A1 - Ladekabel mit Kommunikationsmittel

Info

Publication number: DE102011084350A1
Application number: DE102011084350A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Bauer; Michael Hegmann; Alexander Mundry; Bernhard Schmid; Hans Schäffer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2013-04-18

Abstract

Das Laden einer Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs soll besser überwacht werden können. Daher wird ein Ladekabel mit mindestens zwei Stromleitungen (L, N), in denen ein Ladestrom führbar ist, einer Schutzleitung (PE), mindestens einer Kommunikationsleitung (CP) und einer Elektronikeinrichtung (E), die an die Stromleitungen, die Schutzleitung und die Kommunikationsleitung angeschlossen ist, bereitgestellt. In die Elektronikeinrichtung (E) ist ein Speicher zum Speichern einer Information bezüglich des Betriebs des Ladekabels integriert. Darüber hinaus ist in die Elektronikeinrichtung ein Kommunikationsmittel zum Übertragen der Information aus dem Speicher zu einem externen Gerät (D) über die Kommunikationsleitung (CP) integriert. Damit ist eine vollwertige Kommunikation zwischen dem Ladekabel und beispielsweise einem Diagnosegerät möglich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladekabel zum Laden einer Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit mindestens zwei Stromleitungen, in denen ein Ladestrom führbar ist, einer Schutzleitung, mindestens einer Kommunikationsleitung und einer Elektronikeinrichtung, die an die Stromleitungen, die Schutzleitung und die Kommunikationsleitung angeschlossen ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Laden einer Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei ein entsprechendes Ladekabel verwendet wird.
Derzeit ist es möglich, mit dem Ladekabel für ein Elektrofahrzeug eine einfache Kommunikation zu betreiben. Diese einfache Kommunikation wird gängigerweise durch Pulsweitenmodulation realisiert. Dabei werden lediglich die maximal zulässige Stromentnahme (Dutycycle) und der Fahrzeug-Betriebszustand symbolisiert durch einen Pegel übertragen. Diese einfache Kommunikation verwendet eine Kleinsignalleitung (CP = control pilot) und den PE-Leiter (protected earth).
Alternativ ist eine so genannte „Powerline-Kommunikation“ zwischen der Ladeinfrastruktur und dem Elektrofahrzeug in Erprobung. Diese Kommunikation nutzt in der Regel einen Phasenleiter und den Neutralleiter (bzw. PE) des Ladekabels.
In beiden oben genannten Fällen kommuniziert die Ladeinfrastruktur mit dem Elektrofahrzeug. Es besteht jedoch nicht die Möglichkeit, dass das Ladesystem über das Ladekabel mit Stecker mit einem Drittgerät kommuniziert. Darüber hinaus besteht bei den bekannten Ladesystemen auch nicht die Möglichkeit, dass eine vollwertige Kommunikation zwischen dem Ladesystem und einem Drittgerät (z. B. Diagnose-Gerät) erfolgt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Ladekabel bereitzustellen, mit dem der Ladebetrieb besser überwachbar ist. Darüber hinaus soll ein entsprechendes Verfahren zum Laden einer Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ladekabel zum Laden einer Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit

– mindestens zwei Stromleitungen, in denen ein Ladestrom führbar ist,
– einer Schutzleitung,
– mindestens einer Kommunikationsleitung und
– einer Elektronikeinrichtung, die an die Stromleitungen, die Schutzleitung und die Kommunikationsleitung angeschlossen ist, wobei
– in die Elektronikeinrichtung ein Speicher zum Speichern einer Information bezüglich des Betriebs des Ladekabels integriert ist, und
– in die Elektronikeinrichtung ein Kommunikationsmittel zum Übertragen der Information aus dem Speicher zu einem externen Gerät über die Kommunikationsleitung integriert ist.

Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren zum Laden einer Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs durch

– Bereitstellen eines Ladekabels mit mindestens zwei Stromleitungen, in denen ein Ladestrom führbar ist, einer Schutzleitung, mindestens einer Kommunikationsleitung und einer Elektronikeinrichtung, die an die Stromleitungen, die Schutzleitung und die Kommunikationsleitung angeschlossen ist,
– Speichern einer Information bezüglich des Betriebs des Ladekabels in einem Speicher der Elektronikeinrichtung, und

In vorteilhafter Weise ist das Ladekabel also in der Elektronikeinrichtung mit einem Speicher ausgestattet, der Informationen bezüglich des Betriebs des Ladekabels speichern kann. Diese Informationen in dem Speicher lassen sich dann durch ebenfalls in die Elektronikeinrichtung integrierte Kommunikationsmittel nach außen zu einem externen Gerät übertragen. Damit können die Betriebsdaten des Ladekabels beispielsweise für Diagnosezwecke für ein fahrzeugexternes Gerät zur Auswertung bereitgestellt werden. Hierdurch lässt sich der Ladebetrieb zuverlässiger überwachen.
Vorzugsweise ist das Kommunikationsmittel so ausgebildet, dass die Schutzleitung zusammen mit der Kommunikationsleitung zur Übertragung der Information verwendet wird. Damit ist für die Kommunikation keine zweite Kommunikationsleitung notwendig, sondern es wird vielmehr die in einem Ladekabel üblicherweise ohnehin vorhandene Schutzleitung für die Kommunikation verwendet.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn durch das Kommunikationsmittel eine Halbduplex-Übertragung oder eine Vollduplex-Übertragung durchführbar ist. Damit ist eine bidirektionale Kommunikation realisierbar, wobei entweder eine Übertragung in beide Richtungen nacheinander oder gleichzeitig möglich ist.
Speziell kann das Kommunikationsmittel eine Übertragung gemäß dem Standard RS-232 oder RS-485 ermöglichen. Damit kann auf standardisierte Kommunikationsmittel zurückgegriffen werden, um den Ladebetrieb einer Fahrzeugbatterie zu überprüfen.
In einer Ausführungsform kann das Ladekabel an einem Ende einen Schuko-Stecker zum Anstecken an ein Versorgungsnetz und an dem anderen Ende einen Fahrzeugstecker zum Anstecken an das Fahrzeug aufweisen, wobei der Fahrzeugstecker Kontakte für die mindestens zwei Stromleitungen, die Schutzleitung und die mindestens eine Kommunikationsleitung aufweist. Damit kann ein einfaches Ladekabel mit zwei Steckern bereitgestellt werden, über das sowohl die Kommunikation als auch das Laden möglich ist. Ein separates Kommunikationskabel ist dann nicht notwendig.
Durch die Elektronikeinrichtung kann eine Anzahl von Ladezyklen und/oder eine Gesamtladedauer erfassbar sein, und die in dem Speicher gespeicherte Information kann sich darauf beziehen. Es kann somit durch ein Drittgerät, das an das Ladegerät angeschlossen wird, aus dem Ladekabel ausgelesen werden, wie viele Ladezyklen mit dem Ladekabel durchgeführt wurden und ggf. wie lange insgesamt mit dem Ladekabel geladen wurde.
Darüber hinaus kann die Elektronikeinrichtung auch so ausgebildet sein, dass mit ihr eine Spannung und/oder ein Strom beim Laden erfassbar ist, und die in dem Speicher gespeicherte Information sich darauf bezieht. Es kann somit durch ein Diagnosegerät festgestellt werden, wie hoch der Strom bzw. die Spannung beim Laden gewesen sind. Dies lässt unter Umständen Rückschlüsse auf den Zustand der Batterie zu.
Des Weiteren kann die Elektronikeinrichtung so ausgebildet sein, dass mit ihr eine Temperatur erfassbar und ein Ladestrom durch das Ladekabel entsprechend steuerbar ist. Damit beinhaltet das Ladekabel zusätzliche Sensorik, mit der der Ladebetrieb überwachbar ist.
Insgesamt kann eine Diagnoseanordnung mit einem Diagnosegerät, an das ein oben beschriebenes Ladekabel angeschlossen ist und mit dem der Speicher des Ladekabels auslesbar ist, bereitgestellt werden. Damit ist eine umfassende Diagnose des Ladebetriebs einer Batterie eines elektrischen Fahrzeugs möglich.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die schematisch die Struktur eines erfindungsgemäßen Ladekabels wiedergibt, welches an ein Drittgerät angesteckt ist.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Ein erfindungsgemäßes Ladekabel besitzt exemplarisch die in der Figur schematisch dargestellte Struktur. Das Ladekabel besitzt an einem Ende einen Stecker S zum Anstecken an ein Versorgungssystem. Bei dem Versorgungssystem handelt es sich beispielsweise um das öffentliche Stromnetz. Dabei kann das Ladekabel in einer Variante für einphasigen Wechselstrom ausgelegt sein, wobei als Stecker ein so genannter „Schutzkontaktstecker“ (Schuko-Stecker) verwendet werden kann.
Alternativ kann das Ladekabel auch für Drehstrom ausgelegt sein. In diesem Fall ist ein entsprechend mehradriges Kabel K vorzusehen, welches an einen entsprechend mehrpoligen Stecker S anzuschließen ist.
Das Kabel K führt von dem Stecker S zu einer in das Ladekabel integrierten Elektronik E. Von der Elektronik E gehen hier wegen des Einphasensystems zwei Stromleitungen (Phasenleiter L und Nullleiter N) ab zu einem Fahrzeugstecker FS. Parallel zu diesen Stromleitungen verläuft einerseits eine Schutzleitung PE und andererseits eine Kommunikationsleitung CP. Beide, die Schutzleitung PE und die Kommunikationsleitung CP, verbinden die Elektronik E mit dem Fahrzeugstecker FS.
Beim Laden der Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs wird der Fahrzeugstecker FS an das zu ladende Fahrzeug bzw. die Batterie angesteckt. Der Fahrzeugstecker FS wird nun auch zur Kommunikation der Elektronik E des Ladekabels mit einem Drittgerät D genutzt. Bei dem Drittgerät D kann es sich beispielsweise um ein Diagnosegerät handeln. Das Drittgerät D besitzt zur Aufnahme des Fahrzeugsteckers FS eine entsprechend passende Anschlussdose AD. Die Anschlussdose AD des Drittgeräts D entspricht somit der Anschlussdose an einem Fahrzeug zum Laden der Batterie.
Die Elektronik E kann über Steuerelemente zum Steuern des Ladens einer Batterie verfügen. Insbesondere sollte der Strom oder die Spannung beim Laden damit in geeigneter Weise gesteuert werden können.
Darüber hinaus kann die Elektronik E eine eigene Sensorik umfassen. Speziell kann die Sensorik einen Temperatursensor aufweisen, mit dem die Temperatur des Ladekabels detektierbar ist. Bei einer Temperaturüberschreitung lässt sich dann beispielsweise der Ladestrom reduzieren.
Des Weiteren kann die Elektronik E einen Fehlerspeicher bzw. einen Ereignisspeicher aufweisen. In diesem Ereignisspeicher lassen sich Fehlerinformationen speichern, die in dem Ladekabel selbst oder von dem Fahrzeug beim Laden der Batterie generiert werden. Darüber hinaus lassen sich in dem Ereignisspeicher beispielsweise die Anzahl der Ladezyklen speichern. Ferner kann in dem Ereignisspeicher auch die gesamte Ladedauer aufsummiert bzw. gespeichert werden, während der das Ladekabel in Betrieb war. Zudem können auch Stromwerte und Spannungswerte, die während des Ladens gemessen werden, in dem Ereignisspeicher zeitabhängig protokolliert werden.
Da die Elektronikeinrichtung bzw. Elektronik E auch über Kommunikationsmittel verfügt, können die Inhalte des Ereignisspeichers von dem Drittgerät D ausgelesen bzw. empfangen werden. Dazu bedient sich das Kommunikationsmittel hier der Schutzleitung PE zusammen mit der Kommunikationsleitung CP. Die Informationen werden so von dem Speicher über die beiden Leitungen über den Fahrzeugstecker FS zu dem Drittgerät D übertragen. Zur Kommunikation ist seitens des Ladekabels keine zusätzliche Hardware notwendig. Die Kommunikation lässt sich durch entsprechende Software umsetzen.
In einer Ausführungsform erfolgt eine Halbduplex-Übertragung über die Kommunikationsleitung CP und die Schutzleitung PE zwischen dem Ladesystem und dem Drittgerät D. Während das Ladesystem Daten an das Drittgerät D sendet, dient die Kommunikationsleitung CP ladesystemseitig als Sendeleitung und als Empfangsleitung auf Seite des Drittgeräts D. Sendet das Drittgerät D, dient die Kommunikationsleitung CP auf Seite des Drittgeräts D als Sendeleitung und ladesystemseitig als Empfangsleitung.
In einem konkreten Ausführungsbeispiel erfolgt die Kommunikation gemäß dem Standard RS-232 (Halbduplex), oder RS-485 (Halbduplex). Somit können Standardbauteile für die Kommunikation in die Elektronikeinrichtung E eingebaut werden. Anstelle einer Halbduplex-Übertragung kann auch eine Vollduplex-Übertragung gewählt werden, bei der eine Kommunikation in beiden Richtungen gleichzeitig möglich ist. Dies setzt entsprechende Kommunikationsmittel in der Elektronikeinrichtung E des Ladekabels und in dem Drittgerät D voraus.
Die Einleitung der Kommunikation kann über die Umsetzung eines zusätzlichen Betriebszustandes (bezogen auf die internationale Norm IEC 61851-1 Anhang B) erfolgen. So kann beispielsweise ein bisher in der Norm nicht definierter Ersatzlastwiderstand zwischen der Kommunikationsleitung CP und der Schutzleitung PE eingeführt werden, der zur Festlegung eines Diagnosemodus dient. In dem Diagnosemodus der Ladeinfrastruktur lässt sich dann beispielsweise der Zustand-, Ereignis- bzw. Fehlerspeicher der Elektronikeinrichtung des Ladekabels auslesen.
Durch das oben beschriebene Ladekabel ist es nicht mehr notwendig, dass die Kommunikation zwischen dem Ladesystem und einem Drittgerät über eine separate Kommunikationsschnittstelle erfolgt. Vielmehr kann nun für die Kommunikation das vorhandene Ladekabel bzw. die vorhandene Ladebuchse verwendet werden. Für die Kommunikation ist also keine aufwändige Zusatzhardware notwendig. Darüber hinaus lässt sich die Kommunikation mit dem Ladesystem auch auf einfache Weise durch Einführung eines „weiteren Zustands“, der ggf. auch genormt werden kann, erreichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standard RS-232 [0011]
RS-485 [0011]
Standard RS-232 [0028]
RS-485 [0028]
Norm IEC 61851-1 Anhang B [0029]

Claims

Ladekabel zum Laden einer Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit – mindestens zwei Stromleitungen (L, N), in denen ein Ladestrom führbar ist, – einer Schutzleitung (PE), – mindestens einer Kommunikationsleitung (CP) und – einer Elektronikeinrichtung (E), die an die Stromleitungen, die Schutzleitung und die Kommunikationsleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – in die Elektronikeinrichtung (E) ein Speicher zum Speichern einer Information bezüglich des Betriebs des Ladekabels integriert ist, und – in die Elektronikeinrichtung (E) ein Kommunikationsmittel zum Übertragen der Information aus dem Speicher zu einem externen Gerät (D) über die Kommunikationsleitung (CP) integriert ist.
Ladekabel nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationsmittel so ausgebildet ist, dass die Schutzleitung (PE) zusammen mit der Kommunikationsleitung (CP) zur Übertragung der Information verwendet wird.
Ladekabel nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch das Kommunikationsmittel eine Halbduplex-Übertragung oder eine Vollduplex-Übertragung durchführbar ist.
Ladekabel nach Anspruch 3, wobei das Kommunikationsmittel eine Übertragung gemäß dem Standard RS-232 oder RS-485 ermöglicht.
Ladekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das an einem Ende einen Schuko-Stecker (S) zum Anstecken an ein Versorgungsnetz und an dem anderen Ende einen Fahrzeugstecker (FS) zum Anstecken an das Fahrzeug aufweist, wobei der Fahrzeugstecker Kontakte für die mindestens zwei Stromleitungen (L, N), die Schutzleitung (PE) und die mindestens eine Kommunikationsleitung (CP) besitzt.
Ladekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Elektronikeinrichtung (E) eine Anzahl von Ladezyklen und/oder eine Gesamtladedauer erfassbar ist, und die in dem Speicher gespeicherte Information sich darauf bezieht.
Ladekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Elektronikeinrichtung (E) eine Spannung und/oder ein Strom beim Laden erfassbar ist, und die in dem Speicher gespeicherte Information sich darauf bezieht.
Ladegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Elektronikeinrichtung (E) eine Temperatur erfassbar und ein Ladestrom durch das Ladekabel entsprechend steuerbar ist.
Diagnoseanordnung mit einem Diagnosegerät, an das ein Ladekabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeschlossen ist, und mit dem der Speicher auslesbar ist.
Verfahren zum Laden einer Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs durch – Bereitstellen eines Ladekabels mit mindestens zwei Stromleitungen (L, N), in denen ein Ladestrom führbar ist, einer Schutzleitung (PE), mindestens einer Kommunikationsleitung (CP) und einer Elektronikeinrichtung (E), die an die Stromleitungen, die Schutzleitung und die Kommunikationsleitung angeschlossen ist, gekennzeichnet durch – Speichern einer Information bezüglich des Betriebs des Ladekabels in einem Speicher der Elektronikeinrichtung (E), und – Übertragen der Information aus dem Speicher zu einem externen Gerät (D) über die Kommunikationsleitung (CP).