DE102012013857A1

DE102012013857A1 - Verfahren zur Erkennung eines spezifischen Ladekabeltyps unter Einhaltung des ISO/IEC 61851 Standards

Info

Publication number: DE102012013857A1
Application number: DE201210013857
Authority: DE
Inventors: Auf Teilnichtnennung Antrag; Lars Morich
Original assignee: Ebee Smart Technologies GmbH
Current assignee: Ebee Smart Technologies GmbH
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-01-09

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren geschaffen mittels dem Ladeinfrastruktur ohne Verletzung des Standards ISO/IEC 61851 ein Ladekabel mit erweiterter Funktionalität erkennen und/oder mit Strom zur Erfüllung dieser Funktionalität versorgen kann. Weiterhin verhält sich auch das Ladekabel mit erweiterter Funktionalität vollständig standardkonform gegenüber Ladeinfrastruktur ohne Unterstützung für erweiterte Anwendungsfälle. Der Standard ISO/IEC 61851 schreibt für einen der 7 Kontakte des spezifizierten Steckertyps ISO/IEC 62196 Typ 2 einen Widerstand vor mittels dem die Ladeinfrastruktur erkennt mit welcher Stromstärke das Ladekabel maximal belastet werden kann. Erfindungsgemäß werden unterschiedliche technische Lösung geschaffen, wie die Leistung, die vom Widerstand konsumiert wird, verwendet wird um das Kabel zu identifizieren und/oder mit Strom zu versorgen um ggf. weitere Anwendungsfälle umzusetzen. Dabei werden sowohl Eigenschaften von Widerständen, Induktivitäten und/oder Kondensatoren sowie der Datenkommunikation eingesetzt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Elektrofahrzeuge befinden sich momentan bei verschiedensten Firmen in unterschiedlichen Stufen der Entwicklung. Erste Fahrzeuge sind serienreif und befinden sich in der Produktion. Viele weitere stehen vor der Einführung in den nächsten Jahren.
Die wesentliche Herausforderung bei Elektrofahrzeugen ist die Versorgung mit elektrischer Energie und deren Speicherung im Fahrzeug. Die Industrie experimentiert hier mit verschiedenen Typen von Batterien und mit verschieden Konzepten für die Stromanschlüsse zur Ladung der Batterien.
Mittlerweile haben sich diverse Standards für Steckertypen und der Kommunikation zwischen Ladesäule und Stecker durchgesetzt. Der in Europa am meisten verbreitete ist der Standard ISO/IEC 61851.
Bestandteil des Standards ist ein von Ladeinfrastruktur und Fahrzeug getrenntes Ladekabel. Dieses Kabel stellt unter Verwendung von 6 durchgehenden Leitern und einem Widerstand im Kabel und zwei gleichartigen Steckern des Typs 2 nach ISO/IEC 62196 eine Verbindung zwischen Ladeinfrastruktur und Fahrzeug her und erlaubt über die Auslegung des Widerstands eine Erkennung der maximalen Stromstärke für welche das Kabel geeignet ist.
Elektromobilität unterscheidet sich hinsichtlich diverser Eigenschaften von der herkömmlich bekannten Mobilität mit Hilfe von Verbrennungsmotoren. Daher ist davon auszugehen, dass sich diese Mobilitätsform anfänglich auch in Kombination mit neuen Mobilitätsangeboten wie CarSharing, dem Einsatz in spezifischen Flotten und ähnlichen Kontexten durchsetzen wird.
Diese Anwendungsfälle benötigen häufig den Einsatz von zusätzlicher Technik, vor allem im Bereich IKT. Durch das vorhandensein eines Ladekabels im Elektrofahrzeug, dass weder Bestandteil der Lade-Infrastruktur noch des eigentlichen Fahrzeugs ist, zwei Domänen in denen flexible technische Neuerungen in kleinen Stückzahlen häufig nicht umsetzbar sind, bietet sich das Kabel als Verbauort für solche Technik an.
Darüber hinaus müssen Betreiber von Ladeinfrastruktur in der Lage sein Kunden zu erkennen um einen Ladevorgang einem Abrechnungskonto zuzuordnen. Zusätzlich ist eine Anpassung der Kommunikationsmechanismen der Infrastruktur an unterschiedlichste Fahrzeuge erstrebenswert. Auch diese Anwendungsfälle lassen sich mit zusätzlicher Elektronik im Kabel gut abbilden.
In allen diesen Fällen ist es notwendig, dass das erweiterte Ladekabel von der Infrastruktur erkannt und, wenn nötig mit Strom versorgt wird. Dabei muss sich die Infrastruktur jedoch vollständig standardkonform verhalten um zu gewährleisten, dass normale, standardkonforme und nicht erweiterte Kabel weiterhin verwendet werden können um Fahrzeuge zu laden, die keinen erweiterten Anwendungsfall erfordern.
Gleichzeitig muss sich das um Logik für einen speziellen Anwendungsfall erweiterte Ladekabel gegenüber einer Ladeinfrastruktur die keine Unterstützung für das erweiterte Verfahren bietet vollständig standardkonform verhalten.
Figurenbeschreibung
3 zeigt einen beispielhaften Schaltungsausschnitt eines spezifischen Widerstands.
4 zeigt einen beispielhaften Schaltungsausschnitt eines spezifischen Widerstands und einer spezifischen Induktivität
5 zeigt einen beispielhaften Schaltungsausschnitt eines spezifischen Widerstands und eines spezifischen Kondensators
Ausgestaltungen der Erfindung
Grundprinzip
Die Erfindung nutzt den im Standard ISO/IEC 61581 geforderten Widerstand zur Erkennung der maximalen Stromstärke mit dem ein entsprechend standardkonformes Ladekabel belastet werden kann.
Die Eigenschaften, die unterschiedliche Ausprägungen dieses Widerstands haben können, obwohl alle Ausprägungen gleichsam den Standard erfüllen, werden in einer erweiterten Ladestation ausgewertet um einen erweiterten Kabeltyp von einem herkömmlichen Ladekabel zu unterscheiden. Durch diesen Mechanismus wird eine Kommunikations- und/oder Stromversorgungsleitung freigeschaltet.
Die Erfindung enthält dabei folgende Umsetzungsvarianten.
Einsatz eines Relais, dass bei einer bestimmten Spannung schaltet
Erfindungsgemäß erfolgt die Erkennung des Ladekabels hier durch ein Relais, das den geforderten Widerstand des Standards einhält. Bis zu einer bestimmten Spannung schaltet das Relais nicht. Erhöht die Ladestation nun für kurze Zeit die Spannung mit der der Widerstand ausgelesen wird, so wird die Schaltspannung des Relais überschritten und eine leitende Verbindung zu Kommunikation und/oder Stromversorgung wird geöffnet.
Im Fall des Einsatzes eines normalen Ladekabels an einer erweiterten Ladestation wird der trotz kurzzeitig erhöhter Spannung kein Relais geschaltet. Die Ladestation erkennt dies durch fehlschlagen der Kommunikation.
Im Fall des Einsatzes eines erweiterten Ladekabels an einer normalen Ladestation erfolgt der übliche Vorgang des Auslesens des Widerstands fehlerfrei, das Relais schaltet wegen der fehlenden Spannungserhöhung nicht.
Einsatz einer Serienschaltung eines Widerstands und einer spezifischen Induktivität
Erfindungsgemäß erfolgt die Erkennung des Ladekabels hier durch die Serienschaltung von einem spezifischen Widerstand mit einer spezifischer Induktivität. Durch Messungen des Spannungsverlaufs bei Anlegen und variieren der Wechselspannung innerhalb des vom Standard zulässigen Bereichs, erkennt die Ladestation das spezifische Kabel und kann durch zusätzliche Mechanismen wie das vorher beschriebene Schalten einer höheren Spannung und damit das Schalten eines Relais weitere Verbindungen freischalten, die dann über den Standard hinaus gehende Kommunikation zwischen Kabel und Ladestation sowie die Stromversorgung der ggf. im Kabel integrierten Logik ermöglichen.
Im Fall des Einsatzes eines normalen Ladekabels an einer erweiterten Ladestation kann die spezifische Induktivität nicht erkannt werden. Somit erfolgt auch keine Spannungserhöhung und die Ladestation verhält sich Standardkonform.
Im Fall des Einsatzes eines erweiterten Ladekabels an einer normalen Ladestation erfolgt der übliche Vorgang des Auslesens des Widerstands fehlerfrei. Da die Spannung jedoch innerhalb des spezifizierten Bereichs bleibt, erfolgt keine Schaltung des Relais und keine Kommunikation mit dem Kabel.
Einsatz eines parallel geschalteten spezifischen Widerstands und spezifischer Kapazität
Erfindungsgemäß erfolgt die Erkennung des Ladekabels hier durch eine Parallelschaltung bestehend aus dem geforderten Widerstand des Standards und einem Kondensator. Durch Messungen des Spannungsverlaufs bei Anlegen und variieren der Wechselspannung innerhalb des vom Standard zulässigen Bereichs erkennt die Ladestation das spezifische Kabel und kann durch zusätzliche Mechanismen wie das vorher beschriebene Schalten einer höheren Spannung und damit das Schalten eines Relais weitere Verbindungen freischalten, die dann über den Standard hinaus gehende Kommunikation zwischen Kabel und Ladestation sowie die Stromversorgung der ggf. im Kabel integrierten Logik ermöglichen.
Im Fall des Einsatzes eines erweiterten Ladekabels an einer normalen Ladestation erfolgt der übliche Vorgang des Auslesens des Widerstands fehlerfrei. Da die Spannung jedoch innerhalb des spezifizierten Bereichs bleibt, erfolgt keine Schaltung des Relais und keine Kommunikation mit dem Kabel.
Kommunikationsvarianten bei den zuvor beschriebenen Verfahren
Bei den zuvor beschriebenen Verfahren wird jeweils eine Leitungsstrecke für die Kommunikation und/oder den Stromfluss geschaltet. Die Kommunikation mittels derer das Kabel weiter genauer identifiziert werden kann, kann auf unterschiedliche Wege bewerkstelligt werden.
Einerseits kann mittels entsprechender Spannungsverläufe die von dem Chip als binäre Kommunikation interpretiert werden und gleichzeitig den Chip mit Energie versorgen, die dieser dann zur Rückkommunikation verwendet, wird das Kabel direkt identifiziert. Der Chip nutzt die Energie des binären Signals selbst um das binäre Signal zu interpretieren und eine Antwort zu senden.
Alternativ kann die Kommunikation auf eine den Spannungsverlauf der Stromversorgung aufmoduliert werden. Dabei sorgt die Stromversorgung selbst für die Versorgung der Logik des Ladekabels. Das aufmodulierte Signal wird von der Gegenseite ausgewertet und mit einem entsprechend wiederum aufmodulierten Signal beantwortet.
Zusätzlicher Anwendungsfall: Nutzung der Leistung des Widerstands für zusätzliche Funktionen
Der im Standard geforderte Widerstand konsumiert elektrische Energie, die im Normalfall als Verlustleistung in Wärme umgewandelt wird. Der Widerstand wird typischerweise direkt im Stecker verbaut und die Energie nicht weiter genutzt. Der Standard fordert jedoch nicht diese übliche Umsetzung. Anstelle die Energie in Verlustwärme umzusetzen, kann der Widerstand auch durch andere Bauteile mit Zusatznutzen erzeugt werden. Typische Anwendungsfälle umfassen u. a. die Beleuchtung des Steckergehäuses, die Beleuchtung des jeweils gegenüberliegenden Steckerteils zum Erleichtern des Findens des Steckplatzes an Fahrzeug oder Ladestation, den Betrieb einfacher Logik wie einer Anzeige des Zustands des Ladevorgangs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standard ISO/IEC 61851 [0003]
Typs 2 nach ISO/IEC 62196 [0004]
Standard ISO/IEC 61581 [0013]

Claims

Ein Ladekabel, dass die durch den im Standard ISO/IEC 61581 geforderten Widerstand konsumierte Leistung einsetzt um damit besondere Anwendungsfälle umzusetzen. Diese umfassen, ein- jedoch nicht ausschließlich die Beleuchtung des Steckers, den Betrieb simpler Logik wie einer Steckzustandsanzeige.
Ein Ladekabel, dass den in ISO/IEC 61851 geforderten Widerstand mit Hilfe eines Relais mit dem spezifischen Widerstand umsetzt, das bei kurzzeitig erhöhter Spannung schaltet und in Folge die Kommunikation mit dem Kabel ermöglicht inkl. einer Ladeinfrastruktur, die diese Eigenschaft nutzt und bei Einstecken jedes Kabel die Spannung kurzzeitig erhöht und danach die Kommunikationsfähigkeit testet. Die Kommunikation erfolgt über ein binäres Signal, das die Gegenstelle direkt mit Spannung versorgt, über ein auf eine Versorgungsspannung aufmoduliertes Signal oder ein anderes Kommunikationsverfahren.
Ein Ladekabel, dass den in ISO/IEC 61851 geforderten Widerstand mit einer spezifischen Induktivität implementiert mit dazu passender Ladestation, die den Spannungverlauf bei Schaltung und ggf. Veränderung der Spannung zur Abfrage des Widerstands misst und darüber Rückschlüsse auf die Eigenschaft des Kabels zieht. Nach Schaltung eines Relais erfolgt die Kommunikation über ein binäres Signal, das die Gegenstelle direkt mit Spannung versorgt, über ein auf eine Versorgungsspannung aufmoduliertes Signal oder ein anderes Kommunikationsverfahren.
Ein Ladekabel, dass den in ISO/IEC 61851 geforderten Widerstand mit einer parallelen spezifischen Kapazität implementiert mit dazu passender Ladestation, die den Spannungsverlauf bei Veränderung der Frequenz der Wechselspannung zur Abfrage des Widerstands und der Kapazität misst und darüber Rückschlüsse auf die Eigenschaft des Kabels zieht. Die Kommunikation erfolgt über ein binäres Signal, das die Gegenstelle direkt mit Spannung versorgt, über ein auf eine Versorgungsspannung aufmoduliertes Signal oder ein anderes Kommunikationsverfahren.