DE102012013867A1

DE102012013867A1 - Intelligentes Ladekabel zur Adaption an Fahrzeugeigenschaften von Elektrofahrzeugen

Info

Publication number: DE102012013867A1
Application number: DE201210013867
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

Die Erfindung basiert auf einem Mode-3 Ladekabel, das weder mit Ladestation noch mit dem Fahrzeug fest verbunden ist. Die Erfindung liegt in der in das Mode-3 Kabel integrierten Intelligenz für die Kommunikation mit dem Fahrzeug und der Ladestation und damit der Steuerung des Ladevorgangs. Die Erfindung liegt weiterhin in der Ladestation die, bei Erkennen des Einsteckens des intelligenten Kabels auf Basis eines proprietären Protokolls mit der Intelligenz im Kabel kommuniziert. Die Infrastruktur gibt darüber die Verantwortung der Kommunikation mit dem Fahrzeug an das Kabel ab. Die fahrzeugspezifische im Kabel verbaute Hard- und Software übernimmt die Kommunikation. Als Steckverbindung zwischen der Ladestation und dem Kabel wird hierbei ein standardisierter Steckertyp verwendet. Dies ermöglicht, dass die Ladestation bei Einsatz eines Kabels ohne Intelligenz alle Fahrzeuge zu denen Kompatibilität hergestellt werden kann ohne Einsatz eines intelligenten Kabels Laden kann. Weiterhin kann das Intelligente Kabel, an Ladestationen, die den Einsatz eines Intelligenten Kabels nicht unterstützen (die Verantwortung nicht an das Kabel abgeben) ohne aktive Intelligenz eingesetzt werden um jeweils zu dieser Ladestation kompatible Elektrofahrzeuge Laden zu können.

Description

Hintergrund der Erfindung
Elektrofahrzeuge
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.
Das im Fachjargon Mode-3 Laden genannte Verfahren erfordert Kommunikation zwischen Ladeinfrastruktur und Fahrzeug um Start und Ende des Ladens sowie die Stärke des Ladestroms auszuhandeln. Dies ist nötig, da bei Mode-3 Laden Ströme in einer Höhe fließen, die ein im Haushalt übliches Stecken und Ziehen von Steckverbindungen bei geschalteter Last nicht mehr sicher erlauben. Mehrere dieser Konzepte haben in der jüngeren Vergangenheit Eingang in internationale Standards gefunden. So bilden unter anderem die Standards ISO/IEC 61851, ISO/IEC 62196 als auch SAE-J1772 jeweils unterschiedliche Steckertypen und Kommunikationsformen ab. Weitere Standards oder Erweiterungen dieser existierenden Standards sind in der Erstellung.
Die Existenz dieser unterschiedlichen Standards stellt eine Herausforderung für die Entwicklung von Ladeinfrastruktur dar, da die Ladeinfrastruktur, wenn alle Fahrzeugtypen mit der Infrastruktur geladen werden können sollen, die unterschiedlichen Standards unterstützen muss.
Die Umsetzung dieser Standards in den einzelnen Elektrofahrzeugen unterliegt zusätzlich der Interpretation der Entwicklungsingenieure. So haben bereits in Serienproduktion befindliche Fahrzeuge teilweise zusätzliche Zeitanforderungen die über das in den Standards geforderte Verhalten hinausgehen. Beispiele für solche Inkompatibilitäten werden durch aktuell in der Serienproduktion befindliche Elektrofahrzeuge geliefert. Ladeinfrastruktur muss, sollen alle Fahrzeuge als potentielle Ladepartner unterstützt werden, hier die Summe aller Anforderungen aus den Umsetzungen in den Fahrzeugen berücksichtigen
Die aktuell in der Entwicklung befindlichen Standards stellen eine weitere Herausforderung dar. So muss bei Weiterentwicklung der Standards die Ladeinfrastruktur immer wieder neu an die Weiterentwicklungen angepasst werden. Neue Standards müssen unterstützt werden, ggf. erweiterte Standards müssen in der ursprünglichen Form sowie in der erweiterten Form unterstützt werden um jeweils alle Fahrzeuge unterstützen zu können.
Die hier geschaffene Erfindung bietet eine Lösung für das Problem in dem die Kommunikation mit dem Elektrofahrzeug nicht mehr aus der Ladeinfrastruktur selbst, sondern mit Hilfe eines Intelligenten Kabels durch Elektronik im Stecker umgesetzt wird. Das Kabel kann so in jeweils einer fahrzeugspezifischen Variante existieren und sich an die Eigenschaften des Fahrzeugs (verwendeter Standard, verwendete Erweiterungen, zusätzliche Einschränkungen) anpassen.
Durch Einsatz des jeweils geeigneten Kabels kann sich die fest verbaute Infrastruktur beliebig an Fahrzeuge anpassen, selbst wenn diese einen Stecker oder Kommunikationsstandard verwenden, der erst nach festem Verbau der Infrastruktur entwickelt wurde.
Ausgestaltungen der Erfindung
Grundprinzip
Das Kabel enthält, verbaut im Stecker oder einer separaten Steuerungseinheit als Zwischenstück im Kabel, Elektronik bestehend aus Hardware und Software. Diese Elektronik kommuniziert mit der Ladestation.
Zusätzlich kommuniziert diese Ladestation mit dem zu ladenden Elektrofahrzeug auf eine an das Fahrzeug angepasste Art und Weise. Hierbei wird nicht nur der ggf. vom Fahrzeug implementierte Stecker und Kommunikationsstandard berücksichtigt sondern zusätzlich alle weiteren ggf. vom Fahrzeug geforderten Einschränkungen des umgesetzten Standards.
Durch die Herstellung unterschiedlicher Kabelvarianten kann ein und die selbe Ladestation an beliebig viele verschiedene Fahrzeugtypen angepasst werden. Dabei können selbst Fahrzeugtypen unterstützt werden, die zum Zeitpunkt der Herstellung und des Verbaus der Ladestation noch gar nicht bekannt sind.
Die Erfindung enthält dabei folgende wesentliche Komponenten und Funktionen.
Identifikation des Intelligenten Kabels in der Ladestation
Erfindungsgemäß enthält die Ladestation eine Vorrichtung, die ein Einstecken eines Intelligenten Kabels vom Einstecken eines handelsüblichen Kabels unterscheiden kann. Mit Hilfe dieser Vorrichtung entscheidet die Ladestation ob die Kommunikation mit dem Fahrzeug direkt erfolgt oder ob die Verantwortung zur Kommunikation mit dem Fahrzeug von einem ggf. gesteckten Intelligenten Kabels übernommen wird.
Ggf. kann eine Ladestation die das Laden nur unter Einsatz eines intelligenten Kabels ermöglicht bei Nicht-Erkennung eines Intelligenten Kabels das Laden von Fahrzeugen auch vollständig verhindern.
Stromversorgung des Intelligenten Kabels in der Ladestation
Erfindungsgemäß enthält die Ladestation eine Stromversorgung um die Elektronik im Kabel mit Energie zu Versorgen. Hierbei wird bewusst Energie einer anderen Spannung und Stromstärke verwendet als verwendet wird um das Fahrzeug zu laden. Typischerweise eine Versorgung von 3 bis 30 V Gleichspannung.
Fahrzeuge werden bei Laden an Mode-3 Ladestationen jedoch mit einphasig 110 V, einphasig 230 V oder dreiphasig 400 V jeweils in Wechselspannung geladen. Dieser Ansatz ermöglicht kleinere Bauformen des Intelligenten Kabels. Befindet sich keine solche Stromversorgung in der Ladestation kann eine Stromversorgung im Kabel verbaut werden. Diese bewirkt jedoch deutlich größere Abmessung der Intelligenten Elektronik im Kabel.
Zusätzlich erlaubt die externe Stromversorgung mit niedriger Spannung und Stromstärke das sichere Schalten dieser Stromquelle unabhängig vom Schalten der Ladespannung für das Elektrofahrzeug. Um einen Einsatz von standardisierten Steckertypen weiterhin zu ermöglichen, können für die Stromversorgung des Intelligenten Kabels bei Erkennung des Einstecken des Intelligenten Kabels, solche Leiter verwendet werden, die sonst ausschließlich für die Kommunikation mit dem Fahrzeug vorgesehen sind.
Alternativ kann die Stromversorgung über Entnahme von Strom aus den stromführenden Phasen für die Ladung des Elektrofahrzeugs entnommen werden, ggf. ergänzt um einen Akkumulator um vor und nach dem Ladevorgang die Elektronik in Betrieb halten zu können.
Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit dem Intelligenten Kabel in der Ladestation
Erfindungsgemäß enthält die Ladestation eine Kommunikationseinheit, die sich von der Kommunikationseinheit, die zur direkten Kommunikation mit einem Fahrzeug ohne Einsatz eines Intelligenten Kabel verwendet wird unterscheidet. Die Kommunikationseinheit wird zur Kommunikation mit dem Intelligenten Kabel verwendet. Dabei werden zur Unterscheidung dieser Kommunikation von der Kommunikation mit einem üblichen Fahrzeug andere Protokolle und/oder andere Kommunikationsmedien (Leiter, Phasen) verwendet.
Eine mögliche erfindungsgemäße Ausführung dieser Kommunikationsform ist der Einsatz von Power-Line-Kommunikation über die Leiter der Stromversorgung für das Intelligente Kabel der Ladestation. Hierbei ist die wesentliche Neuerung der Einsatz von Power-Line-Kommunikation über nicht mit Wechselspannung gespeisten Leitern sondern über die Leiter mit niedriger Gleichspannung. Power-Line Kommunikation wird in Ladestationen über die Leiter mit deutlich höherer Wechselspannung bereits teilweise zur Kommunikation mit dem Fahrzeug eingesetzt.
Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit der Ladestation im Intelligenten Kabel
Erfindungsgemäß enthält das Intelligente Kabel eine zur Ladestation passende Kommunikationseinheit. Diese ist getrennt von der Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit dem Fahrzeug.
Über diese Kommunikation interagiert das Kabel mit der Ladestation. Ggf. leitet es Informationen vom Fahrzeug weiter oder sendet Ladekommandos zur Schaltung des Stroms. Weitere Anwendungsfälle wären die mögliche Kommunikation mit Instanzen die hinter der Ladestation angebunden sind, wie dem Stromversorger.
Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit dem Fahrzeug im Intelligenten Kabel
Erfindungsgemäß enthält das Kabel eine Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit dem Fahrzeug. Hierbei wird das Kabel in Varianten an die unterschiedlichen möglichen Fahrzeugtypen angepasst. Diese Varianten können in Software konfiguriert, in unterschiedliche Software bestückt oder sogar durch Unterschiedliche Hardwarebestückung ausgeprägt sein. Das Intelligente Kabel passt sich so an die jeweiligen Ausprägungen unterschiedlicher Elektrofahrzeuge an und adaptiert diese so an die Ladestation, dass die Ladestation alle Fahrzeuge unterstützt für die ein adaptiertes Kabel verfügbar ist oder in Zukunft verfügbar wird.
Passende Steckverbindung zum unterstützten Fahrzeug im Intelligenten Kabel
Erfindungsgemäß umfasst das Kabel zur jeweiligen Fahrzeugseite hin eine Steckverbindung die genau wie die Software und Hardware zur Kommunikation genau zu der vom Fahrzeug verwendeten Steckerform passt.
Schaltung der Logik in Abhängigkeit der Existenz einer Ladestation mit Unterstützung des Intelligenten Kabels im Intelligenten Kabel
Kern der geschaffenen Erfindung ist die Steuerung des Ladevorgangs unter Berücksichtigung der Anforderungen der Kommunikation zwischen Intelligentem Kabel und Fahrzeug sowie der Kommunikation zwischen Intelligentem Kabel und Ladestation.
Der Ladevorgang erfolgt dabei also nur dann, wenn das Fahrzeug diesbezüglich Bereitschaft signalisiert und auch die Ladestation bereit zum Laden des Fahrzeugs ist. Diese Bereitschaft ist abhängig von technischen Zuständen von Ladestation und Fahrzeug als auch von wirtschaftlichen Vorbedingung wie der ausreichenden Zahlung von Geld als Gegenleistung für die Ladung.
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

ISO/IEC 61851 [0003]
ISO/IEC 62196 [0003]
SAE-J1772 [0003]

Claims

Kabel zum Anschluss von elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen an eine Mode-3 Ladestation umfassend eine integrierte elektronische Logik Im Stecker oder einer separaten Einheit als Zwischenstück im Kabel zur Kommunikation mit Ladestation und Fahrzeug.
Eine Ladestation mit Unterstützung für den Anschluss eines Intelligenten Kabels und der Bereitschaft die Kommunikation mit dem Fahrzeug durch die Intelligenz im Kabel durchführen zu lassen. Die schließt Ladestationen ein, die ohne Einsatz eines Intelligenten Kabels unabhängig Fahrzeuge mit direkter Kommunikation Laden können sowie Ladestationen, die ausschließlich unter Verwendung eines Intelligenten Kabels Fahrzeuge Laden.
Ladestation nach Anspruch 2, die eine integrierte, separat schaltbare Stromversorgung für die Elektronik im Intelligenten Kabel enthält. Hierbei werden Leiter eingesetzt, die sonst für die Kommunikation zwischen Ladestation und Fahrzeug verwendet würden.
Kabel nach Anspruch 1, dass eine Stromversorgung über eine separat schaltbare Stromversorgung erhält. Hierbei werden Leiter eingesetzt, die sonst für die Kommunikation zwischen Ladestation und Fahrzeug verwendet würden.
Ladestation nach Anspruch 2 oder 3, wobei die integrierte elektronische Logik einen Kommunikationsmechanismus enthält um mit der Elektronik im Intelligenten Kabel zu kommunizieren.
Kabel nach Anspruch 1, sowie Ladestation nach Anspruch 2, 3 oder 5 die zur gegenseitigen Kommunikation Power-Line Kommunikation einsetzen über eine mit niedriger Spannung betriebene Gleichstromversorgung der Elektronik im Intelligenten Kabel.
Kabel nach Anspruch 1, dass anstelle einer separaten Stromversorgung Strom aus den stromführenden Leitern zum Laden des Elektrofahrzeugs entnimmt.
Kabel nach Anspruch 7, dass zum Betrieb der Elektronik in Zeiten ohne aktiven Ladevorgang einen Akkumulator zur Stromversorgung umfasst.