DE102012110527B4

DE102012110527B4 - Elektrisches Ladesystem und elektrische Ladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102012110527B4
Application number: DE102012110527.8A
Authority: DE
Inventors: Yosuke Ohtomo
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2032-11-06
Also published as: JP2013110818A; US8786253B2; DE102012110527A1; US20130127415A1; CN103124090B; JP5378490B2; CN103124090A

Abstract

Es wird ein elektrisches Ladesystem (10) angegeben, bei dem eine elektrische Ladeeinrichtung (12) und ein Elektrofahrzeug (11) über ein Ladekabel (14) miteinander verbunden werden. Die elektrische Ladeeinrichtung (12) berechnet einen Spannungsabfallbetrag (ΔVa) in dem Ladekabel (14) auf der Basis eines zugeführten Stroms Is auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung sowie eines elektrischen Widerstands des Ladekabels (14). Ferner vergleicht die elektrische Ladeeinrichtung (12) eine Bestimmungsspannung (Xb) mit einer zugeführten Spannung (Vs) auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung und stellt fest, dass eine Batterie (13) auf einen vollständig geladenen Zustand aufgeladen worden ist, wenn die zugeführte Spannung (Vs) die Bestimmungsspannung (Xb) erreicht. Die Bestimmungsspannung (Xb), die für die Bestimmung eines solchen vollständigen Ladezustands verwendet wird, wird durch Addieren des Spannungsabfallbetrags (ΔVa) zu einer vorab vorgegebenen Basis-Bestimmungsspannung (Xa) aktualisiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Ladesystem und eine elektrische Ladeeinrichtung und befasst sich insbesondere mit einer Technologie zum Verhindern einer fehlerhaften Feststellung des Ladezustands einer elektrischen Speichervorrichtung, die mittels einer elektrischen Ladeeinrichtung aufgeladen wird.
2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
In den letzten Jahren sind Elektrofahrzeuge entwickelt worden, die mit einem Elektromotor für den Antrieb ausgestattet sind. Wenn eine in dem Elektrofahrzeug installierte elektrische Speichervorrichtung, wie z. B. eine Batterie, aufgeladen wird, dann wird ein sich von der elektrischen Ladeeinrichtung wegerstreckendes Ladekabel mit einer Ladebuchse des Elektrofahrzeugs verbunden (siehe z. B. ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2009-083 670 A ).
Ferner ist auf dem Gebiet der hybridelektrischen Fahrzeuge, die für den Antrieb mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor ausgestattet sind, ein hybridelektrisches Fahrzeug vom sogenannten Plug-In- oder Steckdosen-Typ in der Entwicklung, bei dem eine elektrische Speichervorrichtung mittels einer elektrischen Ladeeinrichtung aufgeladen werden kann.
Da jedoch das Ladekabel einen elektrischen Widerstand und eine Impedanz aufweist, tritt ein Spannungsabfall während des Ladevorgangs in dem Ladekabel auf. Da somit eine Differenz zwischen einer zugeführten Spannung auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung und einer aufgenommenen Spannung an dem Elektrofahrzeug auftritt, lässt sich ein Ladezustand der elektrischen Speichervorrichtung auf der Basis der zugeführten Spannung auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung nur schwer mit hoher Genauigkeit bestimmen.
Infolgedessen kann der Ladezustand der elektrischen Speichervorrichtung mit der elektrischen Ladeeinrichtung nicht exakt bestätigt werden, und es ist schwierig, eine angemessene Ladesteuerung mit der elektrischen Ladeeinrichtung auszuführen.
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2012 102 633 A1 mit älterem Zeitrang ist ein elektrisches Ladesystem bekannt, bei dem eine elektrische Ladevorrichtung und ein Elektrofahrzeug über ein Ladekabel miteinander verbunden sind, wobei einer Batterie des Elektrofahrzeugs Ladestrom über das Ladekabel zugeführt wird. Die elektrische Ladevorrichtung berechnet einen Spannungsabfall auf der Basis eines Zuführungsstroms der elektrischen Ladevorrichtung und eines elektrischen Widerstands des Ladekabels. Die elektrische Ladevorrichtung vergleicht eine Zuführungsspannung der elektrischen Ladevorrichtung mit einem Bestimmungswert, und wenn die Zuführungsspannung den Bestimmungswert erreicht, trifft die elektrische Ladevorrichtung die Feststellung, dass die Batterie auf einen vollständig aufgeladenen Zustand aufgeladen ist. Der Bestimmungswert wird aktualisiert, indem der Spannungsabfall zu einem vorgegebenen Bestimmungs-Basiswert addiert wird, um auf diese Weise den Spannungsabfall in dem Ladekabel zu berücksichtigen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Ladesystem sowie eine elektrische Ladeeinrichtung anzugeben, bei denen eine fehlerhafte Feststellung des Ladezustands einer mittels der elektrischen Ladeeinrichtung aufgeladenen elektrischen Speichervorrichtung verhindert wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem elektrischen Ladesystem gemäß Anspruch 1 sowie einer elektrischen Ladeeinrichtung gemäß Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Ladesystems und der Ladeeinrichtung gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung wird ein elektrisches Ladesystem angegeben bei dem eine elektrische Ladeeinrichtung und ein Elektrofahrzeug durch ein Ladekabel miteinander verbunden werden und eine in dem Elektrofahrzeug installierte elektrische Speichervorrichtung aufgeladen wird, wobei das elektrische Ladesystem folgendes aufweist:

– eine erste Referenz-Vorgabeeinheit zum Setzen eines Referenzpunkts für Zufuhrspannungsdaten, die berechnet werden, indem eine zugeführte Spannung auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung einer vorbestimmten Filterverarbeitung unterzogen wird, wobei der Referenzpunkt auf der Basis einer Änderungsrate der Zufuhrspannungsdaten gesetzt wird;
– eine zweite Referenz-Vorgabeeinheit zum Setzen eines Referenzpunkts für Aufnahmespannungsdaten, die berechnet werden, indem eine aufgenommene Spannung auf der Seite des Elektrofahrzeugs einer vorbestimmten Filterverarbeitung unterzogen wird, wobei der Referenzpunkt auf der Basis einer Änderungsrate der Aufnahmespannungsdaten gesetzt wird;
– eine Datensynchronisationseinheit zum Synchronisieren der Zufuhrspannungsdaten und der Aufnahmespannungsdaten auf der Basis der Referenzpunkte der Zufuhrspannungsdaten und der Aufnahmespannungsdaten;
– eine Spannungsdifferenz-Berechnungseinheit zum Vergleichen der synchronisierten Zufuhrspannungsdaten und Aufnahmespannungsdaten und zum Berechnen einer Spannungsdifferenz zwischen der zugeführten Spannung und der aufgenommenen Spannung;
– eine Widerstands-Berechnungseinheit zum Berechnen eines Stromversorgungswiderstands des Ladekabels auf der Basis der Spannungsdifferenz zwischen der zugeführten Spannung und der aufgenommenen Spannung;
– eine Spannungsabfallbetrag-Berechnungseinheit zum Berechnen eines Spannungsabfallbetrags in dem Ladekabel auf der Basis des Stromversorgungswiderstands des Ladekabels und eines zugeführten Stroms auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung oder eines aufgenommenen Stroms auf der Seite des Elektrofahrzeugs; und
– eine Ladezustand-Bestimmungseinheit zum Vergleichen einer auf der Basis des Spannungsabfallbetrags aktualisierten Bestimmungsspannung mit der zugeführten Spannung auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung und zum Bestimmen eines Ladezustands der elektrischen Speichervorrichtung.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ladesystems ist vorgesehen, dass die Bestimmungsspannung aktualisiert wird, indem der Spannungsabfallbetrag zu einer vorbestimmten Basis-Bestimmungsspannung addiert wird.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ladesystems ist vorgesehen, dass die Datensynchronisationseinheit eine zeitliche Verzögerung zwischen den Zufuhrspannungsdaten und den Aufnahmespannungsdaten auf der Basis der Referenzpunkte berechnet und die Zufuhrspannungsdaten und die Aufnahmespannungsdaten auf der Basis der zeitlichen Verzögerung synchronisiert.
Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine elektrische Ladeeinrichtung angegeben, die durch ein Ladekabel mit einem Elektrofahrzeug mit einer elektrischen Speichervorrichtung verbunden wird und zum Aufladen der elektrischen Speichervorrichtung ausgebildet ist, wobei die elektrische Ladeeinrichtung folgendes aufweist:

– eine erste Referenz-Vorgabeeinheit zum Setzen eines Referenzpunkts für Zufuhrspannungsdaten, die berechnet werden, indem eine zugeführte Spannung auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung einer vorbestimmten Filterverarbeitung unterzogen wird, wobei der Referenzpunkt auf der Basis einer Änderungsrate der Zufuhrspannungsdaten gesetzt wird;
– eine zweite Referenz-Vorgabeeinheit zum Setzen eines Referenzpunkts für Aufnahmespannungsdaten, die berechnet werden, indem eine aufgenommene Spannung auf der Seite des Elektrofahrzeugs einer vorbestimmten Filterverarbeitung unterzogen wird, wobei der Referenzpunkt auf der Basis einer Änderungsrate der Aufnahmespannungsdaten gesetzt wird;
– eine Datensynchronisationseinheit zum Synchronisieren der Zufuhrspannungsdaten und der Aufnahmespannungsdaten auf der Basis der Referenzpunkte der Zufuhrspannungsdaten und der Aufnahmespannungsdaten;
– eine Spannungsdifferenz-Berechnungseinheit zum Vergleichen der synchronisierten Zufuhrspannungsdaten und Aufnahmespannungsdaten und zum Berechnen einer Spannungsdifferenz zwischen der zugeführten Spannung und der aufgenommenen Spannung;
– eine Widerstands-Berechnungseinheit zum Berechnen eines Stromversorgungswiderstands des Ladekabels auf der Basis der Spannungsdifferenz zwischen der zugeführten Spannung und der aufgenommenen Spannung;
– eine Spannungsabfallbetrag-Berechnungseinheit zum Berechnen eines Spannungsabfallbetrags in dem Ladekabel auf der Basis des Stromversorgungswiderstands des Ladekabels und eines zugeführten Stroms auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung oder eines aufgenommenen Stroms auf der Seite des Elektrofahrzeugs; und
– eine Ladezustand-Bestimmungseinheit zum Vergleichen einer auf der Basis des Spannungsabfallbetrags aktualisierten Bestimmungsspannung mit der zugeführten Spannung auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung und zum Bestimmen eines Ladezustands der elektrischen Speichervorrichtung, wobei die elektrische Ladeeinrichtung weiterhin eine Konstantstrom-Ladeeinheit aufweist, die den zugeführten Strom auf einen vorbestimmten Strom anhebt und dann den Strom beim Aufladen der elektrischen Speichervorrichtung auf dem vorbestimmten Strom hält;
– wobei die erste Referenz-Vorgabeeinheit eine Differenz in einer Änderungsrate der Zufuhrspannungsdaten zwischen einem Anhebevorgang und einem Haltevorgang des zugeführten Stroms erfasst und den Referenzpunkt für die Zufuhrspannungsdaten an einer Stelle setzt, an der der Anhebevorgang auf den Haltevorgang umgeschaltet wird; und
– wobei die zweite Referenz-Vorgabeeinheit eine Differenz in einer Änderungsrate der Aufnahmespannungsdaten zwischen dem Anhebevorgang und dem Haltevorgang des zugeführten Stroms erfasst und den Referenzpunkt für die Aufnahmespannungsdaten an einer Stelle setzt, an der der Anhebevorgang auf den Haltevorgang umgeschaltet wird.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung ist vorgesehen, dass die Bestimmungsspannung aktualisiert wird, indem der Spannungsabfallbetrag zu einer vorbestimmten Basis-Bestimmungsspannung addiert wird.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung ist vorgesehen, dass die Datensynchronisationseinheit eine zeitliche Verzögerung zwischen den Zufuhrspannungsdaten und den Aufnahmespannungsdaten auf der Basis der Referenzpunkte berechnet und die Zufuhrspannungsdaten und die Aufnahmespannungsdaten auf der Basis der zeitlichen Verzögerung synchronisiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Ladevorgangs, der unter Verwendung eines elektrischen Ladesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der inneren Konstruktion eines Elektrofahrzeugs, die einen Teil des elektrischen Ladesystems bildet;
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der inneren Konstruktion einer elektrischen Ladeeinrichtung, die einen weiteren Teil des elektrischen Ladesystems bildet;
4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands, in dem das Ladekabel der elektrischen Ladeeinrichtung mit der Ladebuchse des Elektrofahrzeugs verbunden ist;
5 ein lineares Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer Batterielade-/Batterieentlade-Charakteristik;
6 eine Ansicht zur Erläuterung des Effekts, der durch die Filterverarbeitung an der aufgenommenen Spannung oder der zugeführten Spannung erzeugt wird;
7 ein lineares Diagramm zur Erläuterung der Änderungsrate von zugeführtem Strom, Zufuhrspannungsdaten und Aufnahmespannungsdaten während des Ladevorgangs;
8 eine Ansicht zur Erläuterung der Änderungsrate von Zufuhrspannungsdaten und Aufnahmespannungsdaten während des Ladevorgangs;
9 ein lineares Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels von Änderungen der Bestimmungsspannung vom Start des Ladevorgangs bis zum Ende des Ladevorgangs; und
10 ein lineares Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels eines Übergangs der zugeführten Spannung und der aufgenommenen Spannung während des Ladevorgangs.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Ladevorgangs, der mit einem elektrischen Ladesystem 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der inneren Konstruktion eines Elektrofahrzeugs 11, die Teil des elektrischen Ladesystems 10 bildet. 3 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der inneren Konstruktion einer elektrischen Ladeeinrichtung 12, die Teil des elektrischen Ladesystems 10 bildet.
Wie in 1 gezeigt, ist das Elektrofahrzeug 11 mit einer Batterie 13 als Speichervorrichtung für elektrischen Strom bzw. elektrischer Speichervorrichtung ausgestattet. Wenn die Batterie 13 aufgeladen wird, so wird ein Ladekabel 14 der elektrischen Ladeeinrichtung 12 mit einer Ladebuchse 15 des Elektrofahrzeugs 11 verbunden.
Die elektrische Ladeeinrichtung 12 lädt die Batterie 13 auf eine vorbestimmte Spannung auf, während sie den dem Elektrofahrzeug 11 zugeführten Ladestrom oder die dem Elektrofahrzeug 11 zugeführte Ladespannung steuert. Die elektrische Ladeeinrichtung 12 kann ein Konstantstrom-Ladeverfahren, bei dem die Batterie 13 mit einem konstanten Strom geladen wird, ein Konstantspannungs-Ladeverfahren, bei dem die Batterie 13 mit einer konstanten Spannung geladen wird, ein Konstantleistungs-Ladeverfahren, bei dem die Batterie 13 mit einer konstanten Leistung geladen wird, sowie ein Konstantstrom- und Konstantspannungs-Ladeverfahren verwenden, bei dem mittels eines Zeitgebers und dergleichen zwischen dem Konstantstrom-Ladevorgang und dem Konstantspannungs-Ladevorgang umgeschaltet wird.
Wie in 2 gezeigt, besitzt das Elektrofahrzeug 11 einen Motor-Generator 20 für den Antrieb. Der Motor-Generator 20 ist über eine Antriebsachse 21 mit Antriebsrädern 22 verbunden. Der Motor-Generator 20 und die Batterie 13 sind durch einen Inverter 23 verbunden, der Gleichstromenergie und Wechselstromenergie in bidirektionaler Weise umwandelt.
Ein Hauptrelais 26 ist in elektrischen Stromleitungen 24 und 25 vorgesehen, die die Batterie 13 und den Inverter 23 miteinander verbinden. Ein Stromaufnahmeverbinder 27 ist in der elektrischen Ladebuchse 15 auf der Seite des Fahrzeugaufbaus vorgesehen. Der Stromaufnahmeverbinder 27 ist mit einem Paar Stromaufnahmeanschlüssen 27a und 27b versehen.
Der Stromaufnahmeanschluss 27a ist mit der elektrischen Stromleitung 24 auf der Seite einer positiven Elektrode über eine Stromaufnahmeleitung 28 verbunden. Der Stromaufnahmeanschluss 27b ist mit der elektrischen Stromleitung 25 auf der Seite einer negativen Elektrode über eine Stromaufnahmeleitung 29 verbunden.
Außerdem ist das Elektrofahrzeug 11 mit einem Spannungssensor 30 ausgestattet, der eine Spannung zwischen den Stromaufnahmeleitungen 28 und 29, d. h. eine aufgenommene Spannung bzw. Aufnahmespannung Vr erfasst, sowie mit einem Stromsensor 31 ausgestattet, der einen Strom in der Stromaufnahmeleitung 28, d. h. einen aufgenommenen Strom bzw. Aufnahmestrom Ir, erfasst. Der Stromaufnahmeverbinder 27 ist mit einem Signalanschluss 27c versehen, und eine Kommunikationsleitung 32 ist mit dem Signalanschluss 27c verbunden.
Das Elektrofahrzeug 11 ist ferner mit einer Fahrzeugsteuereinheit 33, die das gesamte Fahrzeug in integraler Weise steuert, einer Batteriesteuereinheit 34, die die Batterie 13 steuert, sowie einer Motorsteuereinheit 35 ausgestattet, die den Inverter 23 steuert. Die Steuereinheiten 33 bis 35 sind über ein Kommunikationsnetz 36 miteinander verbunden. Jede der Steuereinheiten 33 bis 35 ist mit einer CPU, einem Speicher und dergleichen ausgestattet.
Wie in 3 gezeigt, ist die elektrische Ladeeinrichtung 12 mit einem Stromwandler 41 versehen, der Wechselstromenergie von einer externen Stromquelle 40 in Gleichstromenergie für den Ladevorgang umwandelt. Der Stromwandler 41 weist eine Gleichrichterschaltung, einen elektrischen Wandler, einen Schaltkreis und dergleichen auf.
Ein Ende des Ladekabels 14 der elektrischen Ladeeinrichtung 12 ist mit einem Stromzufuhrverbinder 42 versehen, der sich an dem Stromaufnahmeverbinder 27 anbringen sowie von diesem lösen lässt. Der Stromzufuhrverbinder 42 weist ein Paar Stromzufuhranschlüsse 42a und 42b auf, die den Stromaufnahmeanschlüssen 27a und 27b des Stromaufnahmeverbinders 27 entsprechen.
Der Stromzufuhranschluss 42a ist mit einem positiven Elektrodenanschluss 41a des Stromwandlers 41 über eine Stromzufuhrleitung 43 verbunden, während der Stromzufuhranschluss 42b mit einem negativen Elektrodenanschluss 41b des Stromwandlers 41 über eine Stromzufuhrleitung 44 verbunden ist.
Die elektrische Ladeeinrichtung 12 weist einen Spannungssensor 45, der eine Spannung zwischen den Stromzufuhrleitungen 43 und 44 erfasst, d. h. eine zugeführte Spannung bzw. Zufuhrspannung Vs, sowie einen Stromsensor 46 auf, der einen Strom in der Stromzufuhrleitung 43 erfasst, d. h. einen zugeführten Strom bzw. Zufuhrstrom Is.
Der Stromzufuhrverbinder 42 weist einen Signalanschluss 42c auf. Eine Kommunikationsleitung 47 ist mit dem Signalanschluss 42c verbunden. Die elektrische Ladeeinrichtung 12 beinhaltet eine Ladesteuereinheit 48, die durch eine CPU, einen Speicher und dergleichen gebildet ist. Steuersignale werden von der Ladesteuereinheit 48 an den Stromwandler 41 abgegeben.
4 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zustands, in dem das Ladekabel 14 der elektrischen Ladeeinrichtung 12 mit der Ladebuchse 15 des Elektrofahrzeugs 11 verbunden ist. Wie in 4 gezeigt ist, wird dann, wenn der Stromzufuhrverbinder 42 des Ladekabels 14 mit dem Stromaufnahmeverbinder 27 der Ladebuchse 15 verbunden ist, von einem Zustand ausgegangen, in dem der Stromwandler 41 und die Batterie 13 durch die Stromzufuhrleitungen 43 und 44 sowie die Stromaufnahmeleitungen 28 und 29 verbunden sind.
Wenn der Stromzufuhrverbinder 42 des Ladekabels 14 mit dem Stromaufnahmeverbinder 27 der Ladebuchse 15 verbunden ist, wird ferner von einem Zustand ausgegangen, in dem die Fahrzeugsteuereinheit 33 und die Ladesteuereinheit 48 durch die Kommunikationsleitungen 32 und 47 verbunden sind.
Wenn die elektrische Ladeeinrichtung 12 und das Elektrofahrzeug 11 in dieser Weise verbunden sind, setzt die Ladesteuereinheit 48 der elektrischen Ladeeinrichtung 12 das Aufladen der Batterie 13 in der im folgenden beschriebenen Weise fort, bis die zugeführte Spannung Vs eine vorbestimmte Bestimmungsspannung Xb erreicht.
Die Ladesteuereinheit 48 stellt somit auf der Basis der zugeführten Spannung Vs, die auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung festgestellt wird, fest, ob die Batterie 13 den vollständig aufgeladenen Zustand (z. B. SOC = 80%) erreicht hat oder nicht.
Da jedoch das mit dem Elektrofahrzeug 11 verbundene Ladekabel 14 einen elektrischen Widerstand R (Stromversorgungswiderstand) aufweist, tritt in dem Ladekabel 14 während des Ladevorgangs ein Spannungsabfall auf. Aus diesem Grund sind die zugeführte Spannung Vs und die aufgenommene Spannung Vr in dem Ladekabel 14 durch einen Spannungsabfallbetrag ΔVa voneinander verschieden.
Aufgrund eines Spannungsabfalls in dem Ladekabel 14 stimmen somit die zugeführte Spannung Vs auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung und die aufgenommene Spannung Vr auf der Seite des Elektrofahrzeugs nicht miteinander überein, und selbst wenn der Ladevorgang fortgesetzt wird, bis die zugeführte Spannung Vs auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung die vorbestimmte Zielspannung erreicht, lässt sich der vollständig aufgeladene Zustand der Batterie 13 nur schwer gewährleisten.
5 zeigt ein lineares Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels der Lade-/Entlade-Charakteristik der Batterie 13. Wie in 5 gezeigt ist, beträgt bei einem Ladezustand SOC der Batterie 13 von 50% die Batteriespannung 398 V, während bei einem Ladezustand SOC der Batterie 13 von 80% die Batteriespannung 400 V beträgt.
Bei einer solchen Lade-/Entlade-Charakteristik, bei der eine geringfügige Differenz in der Batteriespannung einer großen Differenz bei dem Ladezustand SOC entspricht, ist somit der vollständig aufgeladene Zustand der Batterie 13 auf der Basis der zugeführten Spannung Vs auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung schwer zu bestimmen.
Wenn z. B. der Spannungsabfallbetrag ΔVa des Ladekabels 14 einen Wert von 2 V besitzt, erreicht selbst dann, wenn die Batterie 13 aufgeladen wird, bis die zugeführte Spannung Vs auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung 400 V beträgt, um hierdurch das Ziel eines vollständig aufgeladenen Zustands (z. B. SOC = 80%) zu erreichen, die aufgenommene Spannung Vr auf der Seite des Elektrofahrzeugs, d. h. die Batteriespannung, nur einen Wert von 398 V.
Wenn die Batterie 13 die in 5 gezeigte Lade-/Entlade-Charakteristik aufweist, gelangt somit die elektrische Ladeeinrichtung 12 zu der fehlerhaften Feststellung, dass sich die Batterie 13 in einem vollständig aufgeladenen Zustand befindet, und sie beendet das Aufladen der Batterie 13, obwohl sich die Batterie 13 in einem unvollständig geladenen Zustand befindet (SOC = 50%).
Daher berechnet die Ladesteuereinheit 48 den Spannungsabfallbetrag ΔVa in dem Ladekabel 14 und nimmt ferner auf der Basis des Spannungsabfallbetrags ΔVa eine Aktualisierung der Bestimmungsspannung Xb vor, die während des Ladevorgangs mit der zugeführten Spannung Vs verglichen wird.
Als erstes berechnet die Ladesteuereinheit 48, die die Funktion einer Spannungsdifferenz-Berechnungseinheit und einer Widerstands-Berechnungseinheit hat, die Spannungsdifferenz ΔV (Differenz in dem elektrischen Potential zwischen der Stromzufuhrleitung 43 und der Stromaufnahmeleitung 28) zwischen der zugeführten Spannung Vs und der aufgenommenen Spannung Vr und berechnet dann einen elektrischen Widerstand R (R = ΔV/Is) auf der Basis der Spannungsdifferenz ΔV und des zugeführten Stroms Is. Der aufgenommene Strom Ir kann anstelle des zugeführten Stroms Is verwendet werden, wenn der elektrische Widerstand R des Ladekabels 14 berechnet wird.
Ferner wird der elektrische Widerstand R als Stromversorgungswiderstand des Ladekabels 14 betrachtet, jedoch ist eine derartige Auswahl nicht einschränkend zu verstehen, und wenn der Stromversorgungswiderstand des Ladekabels 14 durch eine Impedanz Z reguliert wird, kann anstelle des elektrischen Widerstands R die Impedanz Z verwendet werden.
Daher wird die aufgenommene Spannung Vr oder die zugeführte Spannung Vs beim Berechnen des elektrischen Widerstands R des Ladekabels 14 verwendet, wobei es jedoch bei Erfassung der aufgenommenen Spannung Vr oder der zugeführten Spannung Vs durch die Spannungssensoren 30 und 45 notwendig ist, den Rauscheffekt durch Ausführung einer Filterverarbeitung zu eliminieren, wie z. B. einer Verarbeitung mit gleitender Mittelung oder einer Verarbeitung mit gewichteter Mittelung.
6 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung des Effekts der Filterverarbeitung an der aufgenommenen Spannung Vr und der zugeführten Spannung Vs.
Wie in 6 gezeigt, tritt dann, wenn die von den Spannungssensoren 30 und 45 erfassten, tatsächlich gemessenen Daten einer Filterverarbeitung unterzogen werden und aus den tatsächlich gemessenen Daten die der Filterverarbeitung unterzogenen Daten ermittelt werden, eine zeitliche Verzögerung zwischen den tatsächlich gemessenen Daten und den verarbeiteten Daten auf. Die Länge der durch die Filterverarbeitung verursachten zeitlichen Verzögerung variiert in Abhängigkeit von dem Umfang der Filterverarbeitung.
Wenn eine Differenz zwischen der in bezug auf die aufgenommene Spannung Vr auf der Seite des Elektrofahrzeugs ausgeführten Filterverarbeitung und der in bezug auf die zugeführte Spannung Vs auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung ausgeführten Filterverarbeitung vorhanden ist, entsteht eine zeitliche Verzögerung zwischen den Aufnahmespannungsdaten Dr auf der Basis der aufgenommenen Spannung Vr und den Zufuhrspannungsdaten Ds auf der Basis der zugeführten Spannung Vs.
Zum Vergleichen der Zufuhrspannungsdaten Ds mit den Aufnahmespannungsdaten Dr und zum exakten Berechnen der Spannungsdifferenz ΔV ist es somit notwendig, die zeitliche Verzögerung zu bestimmen und die Zufuhrspannungsdaten Ds mit den Aufnahmespannungsdaten Dr zu vergleichen, nachdem die Daten synchronisiert worden sind.
Die Ladesteuereinheit 48 stellt somit die zeitliche Verzögerung zwischen den Aufnahmespannungsdaten Dr und den Zufuhrspannungsdaten Ds während des Ladevorgangs fest und synchronisiert die Aufnahmespannungsdaten Dr mit den Zufuhrspannungsdaten Ds auf der Basis der zeitlichen Verzögerung.
Die Ladesteuereinheit 48 vergleicht dann die synchronisierten Aufnahmespannungsdaten Dr und Zufuhrspannungsdaten Ds und berechnet die Spannungsdifferenz ΔV zwischen der zugeführten Spannung Vs und den Aufnahmespannungsdaten Vr. Dieser Vorgang zum Berechnen der Spannungsdifferenz ΔV mit hoher Genauigkeit wird im folgenden erläutert.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Aufnahmespannungsdaten Dr von der Fahrzeugsteuereinheit 33 berechnet, und die Zufuhrspannungsdaten Ds werden von der Ladesteuereinheit 48 berechnet. Die von der Fahrzeugsteuereinheit 33 berechneten Aufnahmespannungsdaten Dr werden über die Kommunikationsleitungen 32 und 47 an die Ladesteuereinheit 48 übermittelt.
7 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des Änderungszustands des zugeführten Stroms Is, der Zufuhrspannungsdaten Ds und der Aufnahmespannungsdaten Dr während des Ladevorgangs. Die Ladesteuereinheit 48 hat die Funktion einer Konstantstrom-Ladeeinheit, wobei die elektrische Ladeeinrichtung 12 gemäß der Darstellung in 7 die Batterie 13 durch einen Konstantstrom-Ladevorgang auflädt.
Die elektrische Ladeeinrichtung 12 hebt den zugeführten Strom Is mit einer vorbestimmten Anstiegsgeschwindigkeit ab dem Start des Ladevorgangs auf einen vorbestimmten Strom I1 an (Anhebevorgang) und führt dann die Einstellung zum Halten des zugeführten Stroms Is auf dem vorbestimmten Strom I1 aus, während die zugeführte Spannung Vs erhöht wird (Haltevorgang).
Der Haltevorgang hält so lange an, bis die aufgenommene Spannung Vr auf der Batterieseite eine vorbestimmte Zielspannung erreicht. In dem anschließenden Absenkvorgang setzt die elektrische Ladeeinrichtung 12 den Ladevorgang fort, bis die aufgenommene Spannung Vr die abschließende Zielspannung erreicht, während der zugeführte Strom Is allmählich vermindert wird.
Bei einem derartigen Konstantstrom-Ladevorgang steigen die zugeführte Spannung Vs und die aufgenommene Spannung Vr, d. h. die Zufuhrspannungsdaten Ds und die Aufnahmespannungsdaten Dr, mit einer ersten Anstiegsgeschwindigkeit in dem Anhebevorgang rasch an, wobei sie in dem Haltevorgang mit einer zweiten Anstiegsgeschwindigkeit, die geringer ist als die erste Anstiegsgeschwindigkeit, allmählich steigen.
8 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung des Änderungszustands der Zufuhrspannungsdaten Ds und der Aufnahmespannungsdaten Dr während des Ladevorgangs.
In der erläuternden Darstellung der 8 ist das lineare Diagramm der Zufuhrspannungsdaten Ds und der Aufnahmespannungsdaten Dr der 7 mit Erläuterungen versehen.
Wie in 8 gezeigt, setzt die Ladesteuereinheit 48, die die Funktion einer ersten Referenz-Vorgabeeinheit hat, einen Referenzpunkt α1 für die Zufuhrspannungsdaten Ds an einer Stelle, an der der Anhebevorgang auf den Haltevorgang umgeschaltet wird, und zwar auf der Basis einer Differenz in der Anstiegsgeschwindigkeit (Änderungsrate) der Zufuhrspannungsdaten Ds zwischen dem Anhebevorgang und dem Haltevorgang.
Somit wird ein Punkt, an dem die Anstiegsgeschwindigkeit der Zufuhrspannungsdaten Ds über einen vorbestimmten Wert hinaus variiert, als Referenzpunkt α1 gesetzt.
Gleichermaßen setzt die als zweite Referenz-Vorgabeeinheit dienende Ladesteuereinheit 48 einen Referenzpunkt α2 für die Aufnahmespannungsdaten Dr an einer Stelle, an der der Anhebevorgang auf den Haltevorgang umschaltet, und zwar auf der Basis einer Differenz in der Anstiegsgeschwindigkeit (Änderungsrate) der Aufnahmespannungsdaten Dr zwischen dem Anhebevorgang und dem Haltevorgang. Somit wird ein Punkt, an dem die Anstiegsgeschwindigkeit der Aufnahmespannungsdaten Dr über einen vorbestimmten Wert hinaus variiert, als Referenzpunkt α2 gesetzt.
Da die Stromzufuhrleitungen 43 und 44, auf denen die zugeführte Spannung Vs gemessen wird, und die Aufnahmeleitungen 28 und 29, auf denen die aufgenommene Spannung Vr gemessen wird, miteinander verbunden sind, ändern sich die Anstiegsgeschwindigkeit der zugeführten Spannung Vs und die Anstiegsgeschwindigkeit der aufgenommenen Spannung Vr zeitgleich bzw. nach dem gleichen Zeitplan, wie dies in der vergrößerten Darstellung in 8 gezeigt ist.
Da sich somit die Anstiegsgeschwindigkeit der Zufuhrspannungsdaten Ds, für die die zugeführte Spannung Vs als Basis dient, und die Anstiegsgeschwindigkeit der Aufnahmespannungsdaten Dr, für die die aufgenommene Spannung Vr als Basis dient, zeitgleich ändern, liegen die Referenzpunkte α1 und α2 zeitgleich.
Da der Referenzpunkt α1 der Zufuhrspannungsdaten Ds und der Referenzpunkt α2 der Aufnahmespannungsdaten Dr somit zeitgleich sind, misst die als Datensynchronisationseinheit wirkende Ladesteuereinheit 48 das Zeitintervall zwischen dem Referenzpunkt α1 und dem Referenzpunkt α2 und berechnet eine durch die Filterverarbeitung bedingte zeitliche Verzögerung T (z. B. 0,5 s) zwischen den Zufuhrspannungsdaten Ds und den Aufnahmespannungsdaten Dr.
Die Ladesteuereinheit 48, die die Funktion einer Spannungsdifferenz-Berechnungseinheit hat, vergleicht dann die Zufuhrspannungsdaten Ds (Symbol β1) und die Aufnahmespannungsdaten Dr (Symbol β2) unter Berücksichtigung der zeitlichen Verzögerung T und berechnet eine Spannungsdifferenz ΔV1 zwischen den Zufuhrspannungsdaten Ds (der zugeführten Spannung Vs) und den Aufnahmespannungsdaten Dr (der aufgenommenen Spannung Vr).
Die Ladesteuereinheit 48 berechnet dann den elektrischen Widerstand R des Ladekabels 14 auf der Basis der Spannungsdifferenz ΔV1 sowie des zugeführten Stroms Is zu einem Zeitpunkt, zu dem die Spannungsdifferenz ΔV1 berechnet worden ist.
Somit können die Zufuhrspannungsdaten Ds und die Aufnahmespannungsdaten Dr zeitgleich miteinander verglichen werden, und die Spannungsdifferenz ΔV1 sowie der elektrische Widerstand R können mit guter Genauigkeit berechnet werden.
Ferner bedeutet die Tatsache, dass die Referenzpunkte α1 und α2 für die Zufuhrspannungsdaten Ds und die Aufnahmespannungsdaten Dr gesetzt worden sind, dass die von den Spannungssensoren 30 und 45 erfassten Werte Spannungsänderungen während des Konstantstrom-Ladevorgangs nachfolgen, und somit kann ein normaler Betrieb von beiden Spannungssensoren 30 und 35 festgestellt werden.
In der vorstehenden Beschreibung wird die Spannungsdifferenz ΔV1 durch Vergleichen der Zufuhrspannungsdaten Ds mit dem Aufnahmespannungsdaten Dr berechnet, nachdem die Referenzpunkte α1 und α2 für die Zufuhrspannungsdaten Ds und die Aufnahmespannungsdaten Dr gesetzt worden sind, jedoch ist diese Verfahrensweise nicht einschränkend zu verstehen, und gemäß der Darstellung in 8 kann eine Spannungsdifferenz ΔV2 auch zu einem Zeitpunkt berechnet werden, zu dem die Referenzpunkte α1 und α2 gesetzt werden.
Wie vorstehend erwähnt, berechnet die Ladesteuereinheit 48, die als Spannungsabfallbetrag-Berechnungseinheit wirkt, bei der Berechnung des elektrischen Widerstands R des Ladekabels 14 einen Spannungsabfallbetrag ΔVa (ΔVa = Is × R) in dem Ladekabel 14 auf der Basis des elektrischen Widerstands R und des zugeführten Stroms Is.
Anschließend addiert die Ladesteuereinheit 48 den Spannungsabfallbetrag ΔVa zu einer vorab vorgegebenen Basis-Bestimmungsspannung Xa und berechnet die Bestimmungsspannung Xb (Xb = Xa + ΔVa), die mit der zugeführten Spannung Vs verglichen wird.
Die Berechnung der Bestimmungsspannung Xb wird für jede vorbestimmte Zeitdauer wiederholt, und die Bestimmungsspannung Xb wird unter Nachführung in bezug auf die Änderungen bei dem zugeführten Strom Is aktualisiert.
9 zeigt ein lineares Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels von Änderungen der Bestimmungsspannung Xb von dem Start des Ladevorgangs bis zu dem Ende des Ladevorgangs.
Da gemäß der Darstellung in 9 der elektrische Widerstand R des Ladekabels 14 konstant ist, ändert sich der Spannungsabfallbetrag ΔVa in dem Ladekabel 14 in Abhängigkeit von den Änderungen bei dem zugeführten Strom Is bei dem Konstantstrom-Ladevorgang.
Die Bestimmungsspannung Xb, die man durch Addieren des Spannungsabfallbetrags ΔVa erhält, variiert somit ebenfalls in Abhängigkeit von den Änderungen beim zugeführten Strom Is. Da ferner der innere Widerstand der Batterie 13 im Verlauf des Ladevorgangs zunimmt, steigt die zugeführte Spannung Vs allmählich an, um einen konstanten zugeführten Strom Is aufrechtzuerhalten.
Wie ferner durch das Symbol α dargestellt ist, bei dem die zugeführte Spannung Vs (Zufuhrspannungsdaten Ds) die Bestimmungsspannung Xb erreicht, stellt die Ladesteuereinheit 48 fest, dass die Batterie 13 den vollständig geladenen Zustand erreicht hat, wobei sie dann den Ladevorgang beendet.
10 zeigt ein lineares Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels eines Übergangs der zugeführten Spannung Vs und der aufgenommenen Spannung Vr während des Ladevorgangs. Wie in 10 gezeigt ist, wird die Bestimmungsspannung Xb, die mit der zugeführten Spannung Vs verglichen werden soll, um den Betrag angehoben, der dem Spannungsabfallbetrag ΔVa in dem Ladekabel 14 entspricht.
Somit kann der vollständig geladene Zustand der Batterie 13 auf der Basis der zugeführten Spannung Vs und der Bestimmungsspannung Xb bestimmt werden.
Aufgrund des Ergebnisses, dass die Basis-Bestimmungsspannung Xa auf eine dem vollständig geladenen Zustand der Batterie 13 entsprechende Batteriespannung (z. B. 400 V) gesetzt ist, wird dann, wenn die zugeführte Spannung Vs die Bestimmungsspannung Xb (z. B. 410 V) erreicht, von der aufgenommenen Spannung Vr auf der Batterieseite die Basis-Bestimmungsspannung (z. B. 400 V) erreicht.
Durch Anheben der Bestimmungsspannung Xb um den Spannungsabfallbetrag ΔVa kann somit eine fehlerhafte Feststellung des vollständig geladenen Zustands mittels der Ladesteuereinheit 48 vermieden werde, wobei auch ein unvollständiges Laden der Batterie 13 vermieden werden kann.
Da ferner die Ladesteuereinheit 48 den elektrischen Widerstand W des Ladekabels 14 berechnet, kann der Spannungsabfallbetrag ΔVa mit guter Genauigkeit bestimmt werden, und die Bestimmungsspannung Xb kann mit guter Genauigkeit aktualisiert werden.
Als Ergebnis einer Einstellung der Länge des Ladekabels 14 in Abhängigkeit von dem Typ der Ladeeinrichtung oder dergleichen wird somit der elektrische Widerstand R für jedes einzelne Ladekabel 14 berechnet, anstatt den vorgegebenen elektrischen Widerstand R zu verwenden.
Der Spannungsabfallbetrag ΔVa kann somit mit guter Genauigkeit festgestellt werden, und die Bestimmungsspannung Xb kann mit guter Genauigkeit aktualisiert werden.
In der vorstehenden Beschreibung wird der Referenzpunkt α1 auf der Basis der Anstiegsgeschwindigkeit der Zufuhrspannungsdaten D2 in dem Ladevorgang gesetzt, und der Referenzpunkt α2 wird auf der Basis der Aufnahmespannungsdaten Dr in dem Ladevorgang gesetzt, um die Spannungsdifferenz ΔV1 zwischen den Zufuhrspannungsdaten Ds und den Aufnahmespannungsdaten Dr zu berechnen.
Da die Referenzpunkte α1 und α2 somit unter Verwendung von Änderungen in der Anstiegsgeschwindigkeit gesetzt werden, die bei dem normalen Ladevorgang in Erscheinung treten, besteht keine Notwendigkeit zu einer gezielten Änderung der zugeführten Spannung Vs oder des zugeführten Stroms Is zum Vorgeben der Referenzpunkte α1 und α2.
Es ist somit nicht notwendig, die Spezifikationen der bestehenden elektrischen Ladeeinrichtung 12 zum Steuern der zugeführten Spannung Vs oder des zugeführten Stroms Is zu ändern, und die vorliegende Erfindung lässt sich unter Reduzierung der Kosten verwenden.
In der vorstehenden Beschreibung werden die Referenzpunkte α1 und α2, die sich an der Grenze des Anhebevorgangs und des Haltevorgangs befinden, als Referenzpunkte für die Zufuhrspannungsdaten Ds und die Aufnahmespannungsdaten Dr gesetzt, jedoch ist eine solche Konfiguration nicht einschränkend zu verstehen, und es kann auch der Zeitpunkt verwendet werden, zu dem eine Änderung bei der Änderungsrate (Änderungsgeschwindigkeit) in den Zufuhrspannungsdaten Ds und den Aufnahmespannungsdaten Dr in Erscheinung tritt.
Wie in 7 gezeigt ist, können z. B. auch Referenzpunkte A1 und A2, die den Zeitpunkt des Starts des Ladevorgangs anzeigen, sowie Referenzpunkte B1 und B2, die an der Grenze des Haltevorgangs und des Absenkvorgangs positioniert sind, verwendet werden.
Ferner können auch Referenzpunkte C1 und C2 verwendet werden, die den Zeitpunkt des Endes des Ladevorgangs (Stromunterbrechung) angeben, wobei auch Referenzpunkte D1 und D2 verwendet werden können, die den Zeitpunkt angeben, zu dem die aufgenommene Spannung Vr und die zugeführte Spannung Vs nach dem Ende des Ladevorgangs zu der Batteriespannung konvergieren.
Darüber hinaus wird in der vorstehenden Beschreibung die Batterie 13 mit einem konstanten Strom aufgeladen, jedoch ist auch dieses Merkmal nicht einschränkend zu verstehen, und die vorliegende Erfindung kann auch verwendet werden, wenn die Batterie 13 mit einer konstanten Spannung, einer konstanten Leistung oder mit einem konstanten Strom und einer konstanten Spannung aufgeladen wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und es versteht sich von selbst, dass verschiedene Änderungen im Umfang der Erfindung vorgenommen werden können.
In der vorstehenden Beschreibung wird die Ladesteuereinheit 48 dazu verwendet, die Funktion der ersten Referenz-Vorgabeeinheit, der zweiten Referenz-Vorgabeeinheit, der Datensynchronisationseinheit, der Spannungsdifferenz-Berechnungseinheit, der Widerstands-Berechnungseinheit, der Spannungsabfallbetrag-Berechnungseinheit, der Ladezustand-Bestimmungseinheit sowie der Konstantstrom-Ladeeinheit zu übernehmen, wobei jedoch eine derartige Konfiguration nicht einschränkend zu verstehen ist.
Beispielsweise können die erste Referenz-Vorgabeeinheit, die zweite Referenz-Vorgabeeinheit, die Datensynchronisationseinheit, die Spannungsdifferenz-Berechnungseinheit, die Widerstands-Berechnungseinheit, die Spannungsabfallbetrag-Berechnungseinheit, die Ladezustand-Bestimmungseinheit und die Konstantstrom-Ladeeinheit entweder der Ladesteuereinheit 48 oder der Fahrzeugsteuereinheit 43 zugeordnet sein, oder sie können auf beide von der Ladesteuereinheit 48 und der Fahrzeugsteuereinheit 33 verteilt werden.
In der vorstehenden Beschreibung berechnet ferner die Fahrzeugsteuereinheit 33 die Aufnahmespannungsdaten Dr, doch wenn die Ladesteuereinheit 48 zum Berechnen der Aufnahmespannungsdaten Dr veranlasst wird, dann wird die aufgenommene Spannung Vr über die Kommunikationsleitungen 32 und 47 zu der Ladesteuereinheit 48 übermittelt.
Gleichermaßen berechnet die Ladesteuereinheit 48 die Zufuhrspannungsdaten Ds, doch wenn die Fahrzeugsteuereinheit 33 zum Berechnen der Zufuhrspannungsdaten Ds veranlasst wird, dann wird die zugeführte Spannung Vs über die Kommunikationsleitungen 32 und 47 an die Fahrzeugsteuereinheit 33 übermittelt.
In der vorstehenden Beschreibung wird der vollständig geladene Zustand als Zustand angegeben, der einem Ladezustand SOC von 80% entspricht, jedoch variiert der vollständig geladene Zustand in Abhängigkeit von dem vorgesehenen Batterienutzungsbereich (oberer Grenzwert des SOC) und ist nicht auf einen Zustand beschränkt, der einem Ladezustand SOC von 80% entspricht.
Außerdem werden die Verarbeitung mit gleitender Mittelung und die Verarbeitung mit gewichteter Mittelung als Filterverarbeitungsverfahren betrachtet, die für die Berechnung der Aufnahmespannungsdaten Dr oder der Zufuhrspannungsdaten Ds zu verwenden sind, jedoch sind auch diese Verarbeitungsverfahren nicht einschränkend zu verstehen. Beispielsweise kann die Filterverarbeitung auch mittels Hardware unter Verwendung eines elektrischen Stromkreises oder mittels Software unter Verwendung eines Programms ausgeführt werden.
Ferner versteht es sich von selbst, dass die Filterverarbeitung, wie z. B. die Verarbeitung mit gleitender Mittelung, auch bei Verwendung des zugeführten Stroms Is oder des aufgenommenen Stroms Ir implementiert werden kann, welche von den Sensoren 31 und 46 gemessen wird.
Weiterhin handelt es sich bei dem in den Zeichnungen dargestellten Elektrofahrzeug 11 um ein Elektrofahrzeug, das nur den Motor-Generator 20 für den Antrieb aufweist, jedoch kann es sich auch um ein hybridelektrisches Fahrzeug handeln, das den Motor-Generator 20 sowie einen Verbrennungsmotor für den Antrieb aufweist.
Weiterhin wird die Batterie 13, wie z. B. ein Lithium-Ionen-Akkumulator und ein Nickel-Metallnitrid-Akkumulator, als elektrische Speichervorrichtung verwendet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt. Alternativ kann auch ein Kondensator, wie z. B. ein Lithium-Ionen-Kondensator und ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator, als elektrische Speichervorrichtung verwendet werden.
Ferner wird in der vorstehenden Beschreibung eine elektrische Ladeeinrichtung 12 eines leitfähigen Systems verwendet, bei der ein Stromzufuhrverbinder 42 vom Kontakt-Typ an dem Ladekabel 14 vorgesehen ist, jedoch ist eine solche Konfiguration nicht einschränkend zu verstehen, und es kann auch eine elektrische Ladeeinrichtung vom induktiven Typ verwendet werden, bei der ein kontaktloser Stromzufuhrverbinder an dem Ladekabel vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste

10: elektrisches Ladesystem
11: Elektrofahrzeug
12: elektrische Ladeeinrichtung
13: Batterie
14: Ladekabel
15: Ladebuchse
20: Motor-Generator
21: Antriebsachse
22: Antriebsrad
23: Inverter
24: Stromkabel
25: Stromkabel
26: Hauptrelais
27: Stromaufnahmeverbinder
27a: Stromaufnahmeanschluss
27b: Stromaufnahmeanschluss
27c: Signalanschluss
28: Stromaufnahmeleitung
29: Stromaufnahmeleitung
30: Spannungssensor
31: Stromsensor
32: Kommunikationsleitung
33: Fahrzeugsteuereinheit
34: Batteriesteuereinheit
35: Motorsteuereinheit
36: Kommunikationsnetz
40: externe Stromquelle
41: Stromwandler
41a: positiver Elektrodenanschluss
41b: negativer Elektrodenanschluss
42: Stromzufuhrverbinder
42a: Stromzufuhranschluss
42b: Stromzufuhranschluss
42c: Signalanschluss
43: Stromzufuhrleitung
44: Stromzufuhrleitung
45: Spannungssensor
46: Stromsensor
47: Kommunikationsleitung
48: Ladesteuereinheit
Dr: Aufnahmespannungsdaten
Ds: Zufuhrspannungsdaten
Ir: aufgenommener Strom
Is: zugeführte Strom
Vr: aufgenommene Spannung
Vs: zugeführte Spannung
ΔV: Spannungsdifferenz
R: elektrischer Widerstand
α1, α2: Referenzpunkte
A1, A2: Referenzpunkte
B1, B2: Referenzpunkte
C1, C2: Referenzpunkte
D1, D2: Referenzpunkte
T: zeitliche Verzögerung
Xa: Basis-Bestimmungsspannung
Xb: Bestimmungsspannung
ΔVa: Spannungsabfallbetrag

Claims

Elektrisches Ladesystem (10), bei dem eine elektrische Ladeeinrichtung (12) und ein Elektrofahrzeug (11) durch ein Ladekabel (14) miteinander verbunden werden und eine in dem Elektrofahrzeug (11) installierte elektrische Speichervorrichtung (13) aufgeladen wird, wobei das elektrische Ladesystem folgendes aufweist: – eine erste Referenz-Vorgabeeinheit zum Setzen eines Referenzpunkts (α1) für Zufuhrspannungsdaten (Ds), die berechnet werden, indem eine zugeführte Spannung (Vs) auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung (12) einer vorbestimmten Filterverarbeitung unterzogen wird, wobei der Referenzpunkt (α1) auf der Basis einer Änderungsrate der Zufuhrspannungsdaten (Ds) gesetzt wird; – eine zweite Referenz-Vorgabeeinheit zum Setzen eines Referenzpunkts (α2) für Aufnahmespannungsdaten (Dr), die berechnet werden, indem eine aufgenommene Spannung (Vr) auf der Seite des Elektrofahrzeugs (11) einer vorbestimmten Filterverarbeitung unterzogen wird, wobei der Referenzpunkt (α2) auf der Basis einer Änderungsrate der Aufnahmespannungsdaten (Dr) gesetzt wird; – eine Datensynchronisationseinheit zum Synchronisieren der Zufuhrspannungsdaten (Ds) und der Aufnahmespannungsdaten (Dr) auf der Basis der Referenzpunkte (α1, α2) der Zufuhrspannungsdaten (Ds) und der Aufnahmespannungsdaten (Dr); – eine Spannungsdifferenz-Berechnungseinheit zum Vergleichen der synchronisierten Zufuhrspannungsdaten (Ds) und Aufnahmespannungsdaten (Dr) und zum Berechnen einer Spannungsdifferenz zwischen der zugeführten Spannung (Vs) und der aufgenommenen Spannung (Vr); – eine Widerstands-Berechnungseinheit zum Berechnen eines Stromversorgungswiderstands (R) des Ladekabels (14) auf der Basis der Spannungsdifferenz zwischen der zugeführten Spannung (Vs) und der aufgenommenen Spannung (Vr); – eine Spannungsabfallbetrag-Berechnungseinheit zum Berechnen eines Spannungsabfallbetrags in dem Ladekabel (14) auf der Basis des Stromversorgungswiderstands (R) des Ladekabels (14) und eines zugeführten Stroms (Is) auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung oder eines aufgenommenen Stroms (Ir) auf der Seite des Elektrofahrzeugs (11); und – eine Ladezustand-Bestimmungseinheit zum Vergleichen einer auf der Basis des Spannungsabfallbetrags aktualisierten Bestimmungsspannung (Xb) mit der zugeführten Spannung (Vs) auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung (12) und zum Bestimmen eines Ladezustands der elektrischen Speichervorrichtung (13), wobei die elektrische Ladeeinrichtung (12) einen Konstantstrom-Ladevorgang ausführt, bei dem der zugeführte Strom (Is) auf einen vorbestimmten Strom angehoben wird und dann auf dem vorbestimmten Strom gehalten wird; wobei die erste Referenz-Vorgabeeinheit eine Differenz in einer Änderungsrate der Zufuhrspannungsdaten (Ds) zwischen einem Anhebevorgang und einem Haltevorgang des zugeführten Stroms (Is) erfasst und den Referenzpunkt (α1) für die Zufuhrspannungsdaten (Ds) an einer Stelle setzt, an der der Anhebevorgang auf den Haltevorgang umgeschaltet wird; und wobei die zweite Referenz-Vorgabeeinheit eine Differenz in einer Änderungsrate der Aufnahmespannungsdaten (Dr) zwischen dem Anhebevorgang und dem Haltevorgang des zugeführten Stroms (Is) erfasst und den Referenzpunkt (α2) für die Aufnahmespannungsdaten (Dr) an einer Stelle setzt, an der der Anhebevorgang auf den Haltevorgang umgeschaltet wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungsspannung (Xb) aktualisiert wird, indem der Spannungsabfallbetrag zu einer vorbestimmten Basis-Bestimmungsspannung (Xa) addiert wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Datensynchronisationseinheit eine zeitliche Verzögerung (T) zwischen den Zufuhrspannungsdaten (Ds) und den Aufnahmespannungsdaten (Dr) auf der Basis der Referenzpunkte (α1, α2) berechnet und die Zufuhrspannungsdaten (Ds) und die Aufnahmespannungsdaten (Dr) auf der Basis der zeitlichen Verzögerung (T) synchronisiert.
Elektrische Ladeeinrichtung (12), die durch ein Ladekabel (14) mit einem Elektrofahrzeug (11) mit einer elektrischen Speichervorrichtung (13) verbunden wird und zum Aufladen der elektrischen Speichervorrichtung (13) ausgebildet ist, wobei die elektrische Ladeeinrichtung (12) folgendes aufweist: – eine erste Referenz-Vorgabeeinheit zum Setzen eines Referenzpunkts (α1) für Zufuhrspannungsdaten (Ds), die berechnet werden, indem eine zugeführte Spannung (Vs) auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung (12) einer vorbestimmten Filterverarbeitung unterzogen wird, wobei der Referenzpunkt (α1) auf der Basis einer Änderungsrate der Zufuhrspannungsdaten (Ds) gesetzt wird; – eine zweite Referenz-Vorgabeeinheit zum Setzen eines Referenzpunkts (α2) für Aufnahmespannungsdaten (Dr), die berechnet werden, indem eine aufgenommene Spannung (Vr) auf der Seite des Elektrofahrzeugs (11) einer vorbestimmten Filterverarbeitung unterzogen wird, wobei der Referenzpunkt (α2) auf der Basis einer Änderungsrate der Aufnahmespannungsdaten (Dr) gesetzt wird; – eine Datensynchronisationseinheit zum Synchronisieren der Zufuhrspannungsdaten (Ds) und der Aufnahmespannungsdaten (Dr) auf der Basis der Referenzpunkte (α1, α2) der Zufuhrspannungsdaten (Ds) und der Aufnahmespannungsdaten (Dr); – eine Spannungsdifferenz-Berechnungseinheit zum Vergleichen der synchronisierten Zufuhrspannungsdaten (Ds) und Aufnahmespannungsdaten (Dr) und zum Berechnen einer Spannungsdifferenz zwischen der zugeführten Spannung (Vs) und der aufgenommenen Spannung (Vr); – eine Widerstands-Berechnungseinheit zum Berechnen eines Stromversorgungswiderstands (R) des Ladekabels (14) auf der Basis der Spannungsdifferenz zwischen der zugeführten Spannung (Vs) und der aufgenommenen Spannung (Vr); – eine Spannungsabfallbetrag-Berechnungseinheit zum Berechnen eines Spannungsabfallbetrags in dem Ladekabel (14) auf der Basis des Stromversorgungswiderstands (R) des Ladekabels (14) und eines zugeführten Stroms (Is) auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung (12) oder eines aufgenommenen Stroms (Ir) auf der Seite des Elektrofahrzeugs (11); und – eine Ladezustand-Bestimmungseinheit zum Vergleichen einer auf der Basis des Spannungsabfallbetrags aktualisierten Bestimmungsspannung (Xb) mit der zugeführten Spannung (Vs) auf der Seite der elektrischen Ladeeinrichtung (12) und zum Bestimmen eines Ladezustands der elektrischen Speichervorrichtung (13), wobei die elektrische Ladeeinrichtung (12) weiterhin eine Konstantstrom-Ladeeinheit aufweist, die den zugeführten Strom (Is) auf einen vorbestimmten Strom anhebt und dann den Strom beim Aufladen der elektrischen Speichervorrichtung (13) auf dem vorbestimmten Strom hält; – wobei die erste Referenz-Vorgabeeinheit eine Differenz in einer Änderungsrate der Zufuhrspannungsdaten (Ds) zwischen einem Anhebevorgang und einem Haltevorgang des zugeführten Stroms (Is) erfasst und den Referenzpunkt (α1) für die Zufuhrspannungsdaten (Ds) an einer Stelle setzt, an der der Anhebevorgang auf den Haltevorgang umgeschaltet wird; und – wobei die zweite Referenz-Vorgabeeinheit eine Differenz in einer Änderungsrate der Aufnahmespannungsdaten (Dr) zwischen dem Anhebevorgang und dem Haltevorgang des zugeführten Stroms (Is) erfasst und den Referenzpunkt (α2) für die Aufnahmespannungsdaten (Dr) an einer Stelle setzt, an der der Anhebevorgang auf den Haltevorgang umgeschaltet wird.
Elektrische Ladeeinrichtung (12) nach Anspruch 4, wobei die Bestimmungsspannung (Xb) aktualisiert wird, indem der Spannungsabfallbetrag zu einer vorbestimmten Basis-Bestimmungsspannung (Xa) addiert wird.
Elektrische Ladeeinrichtung (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die Datensynchronisationseinheit eine zeitliche Verzögerung (T) zwischen den Zufuhrspannungsdaten (Ds) und den Aufnahmespannungsdaten (Dr) auf der Basis der Referenzpunkte (α1, α2) berechnet und die Zufuhrspannungsdaten (Ds) und die Aufnahmespannungsdaten (Dr) auf der Basis der zeitlichen Verzögerung (T) synchronisiert.