DE102013004630A1

DE102013004630A1 - Schaltung und Verfahren zur Signalübertragung

Info

Publication number: DE102013004630A1
Application number: DE102013004630.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wegener; Ingo Zech; Wolfgang Menssen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-03-16
Filing date: 2013-03-16
Publication date: 2014-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zur Signalübertragung zwischen einem Fahrzeug und einer Ladevorrichtung, wobei ein ladevorrichtungsseitiger Schaltungsteil (10) der Schaltung (1) und ein fahrzeugseitiger Schaltungsteil (20) der Schaltung (1) mittels einer elektrischen Verbindung elektrisch verbindbar sind, wobei der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil (10) mindestens einen Signalgenerator (11) zur Erzeugung eines Kommunikationssignals umfasst, der mit der elektrischen Verbindung elektrisch verbindbar ist, wobei die Schaltung (1) mindestens ein Mittel zur Veränderung einer Pulsweite des Kommunikationssignals umfasst, wobei mittels des Mittels zur Veränderung der Pulsweite die Pulsweite des Kommunikationssignals veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zur Signalübertragung zwischen einem Fahrzeug und einer Ladevorrichtung.
Elektro- oder Hybridfahrzeuge müssen regelmäßig mit elektrischer Energie aufgeladen werden, um einen elektrischen Antrieb des Fahrzeuges zu ermöglichen. Zum Aufladen z. B. einer Traktionsbatterie solcher Fahrzeuge kann das Fahrzeug mit einer Ladevorrichtung, z. B. über ein Ladekabel, verbunden werden. Die Funktionalität bzw. der Komfort von aktuell verfügbaren Ladekabeln, insbesondere so genannter MODE-2-Ladekabeln bzw. Ladesäulen, ist stark eingeschränkt. Beispielsweise kann derzeit auf einer Ladekabelseite nur eine Ladestromstärke eingestellt werden und der Ladevorgang gestartet bzw. abgebrochen werden. Auf einer Fahrzeugseite ist lediglich eine Signalisierung von groben Zuständen möglich, z. B. den Zuständen ”kein Fahrzeug vorhanden”, ”Standby”, ”Laden” und ”Laden mit Belüften”.
Nachteilig ergibt sich hierbei, dass weitere Fahrzeugzustände, wie z. B. ein Zustand mit mindestens einer geöffneten Tür, ein Verriegelungszustand und weitere Zustände des Fahrzeugs sowie weitere Fahrzeuginformationen, beispielsweise ein Ladezustand der Traktionsbatterie, eine verbleibende notwendige Restladedauer oder eine mit dem aktuellen Zustand verfügbare Reichweite nicht zwischen dem Fahrzeug und der Ladevorrichtung kommuniziert werden können.
Die EP 2 309 617 A1 offenbart ein Lade- und Entladesystem für ein Fahrzeug, welches das Laden eines Energiespeichers erlaubt, der im Fahrzeug angeordnet ist. Das Laden wird hierbei von einer externen Energiequelle zum Fahrzeug ermöglicht und erlaubt die Leistungsübertragung von dem Energiespeicher zu der Energiequelle oder zu einer elektrischen externen Last. Das System umfasst einen Signalschaltkreis zum Generieren eines Kontrollsignals, dessen Pulsweite basierend auf einer übertragbaren Stromstärke moduliert wird.
Es stellt sich das technische Problem, eine Schaltung und ein Verfahren zur Signalübertragung zwischen einem Fahrzeug und einer Ladevorrichtung zu schaffen, die eine Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Ladevorrichtung verbessert, insbesondere eine Menge an übertragbaren Informationen erhöht.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es ist eine Grundidee der Erfindung, dass zur Erhöhung der Kommunikationsmöglichkeiten zwischen dem Fahrzeug und der Ladevorrichtung auch eine Pulsweite einzelner Pulse eines Kommunikationssignals, insbesondere eines Rechtecksignals bzw. einer Rechteckschwingung, verändert werden kann. Durch Einstellung verschiedener Pulsweiten können in vorteilhafter Weise weitere Informationen oder Zustände kodiert werden.
Vorgeschlagen wird eine Schaltung zur Signalübertragung zwischen einem Fahrzeug, insbesondere einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, und einer Ladevorrichtung. Die Ladevorrichtung kann hierbei ein Ladekabel aufweisen, welches zum elektrischen Verbinden z. B. eines Traktionsnetzes des Fahrzeugs und der Ladevorrichtung in eine fahrzeugseitige Anschlussbuchse eingesteckt wird. Hierdurch lässt sich z. B. eine Traktionsbatterie des Fahrzeugs aufladen. Die Ladevorrichtung ist hierbei insbesondere eine ortsfeste Ladevorrichtung.
Ein ladevorrichtungsseitiger Schaltungsteil der Schaltung und ein fahrzeugseitiger Schaltungsteil der Schaltung sind mittels einer elektrischen Verbindung elektrisch verbindbar. Die elektrische Verbindung kann beispielsweise als Leitung, insbesondere als Signalleitung, ausgebildet sein. Auf die elektrische Verbindung, z. B. ist mittels eines Signalgenerators, ein Kommunikationssignal, insbesondere ein Wechselspannungssignal, aufprägbar.
Die elektrische Verbindung dient hierbei der Übertragung von als Spannungssignalen ausgebildeten Kommunikationssignalen. Es ist vorstellbar, dass das Fahrzeug und die Ladevorrichtung zusätzlich mittels weiterer elektrischer Verbindungen, z. B. Leistungsleitungen, verbunden sind, wobei die elektrische Energie, die von der Ladevorrichtung zum Fahrzeug transportiert wird, über diese weiteren elektrischen Verbindungen geleitet wird. Hierbei kann die Kommunikationsleitung als von der Leistungsleitung verschiedene elektrische Verbindung ausgebildet sein.
Hierbei ist ein Kommunikationssignal auf die elektrische Verbindung aufprägbar. Beispielsweise kann der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil den mindestens einen Signalgenerator umfassen, der mit der elektrischen Verbindung elektrisch verbindbar ist. Beispielsweise kann der Signalgenerator über ein Schaltelement mit der elektrischen Verbindung verbindbar sein. Der Signalgenerator kann hierbei das Kommunikationssignal erzeugen. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der Signalgenerator ein Grundsignal erzeugt, wobei das Kommunikationssignal in Abhängigkeit des Grundsignals erzeugt wird. Es ist z. B. vorstellbar, dass mindestens eine Eigenschaft des Grundsignals durch mindestens ein Element, welches zwischen dem Signalgenerator und der elektrischen Verbindung angeordnet ist, verändert wird. Somit bezeichnet das Kommunikationssignal das auf der elektrischen Verbindung vorliegende Signal.
In einem verbundenen Zustand wird das Kommunikationssignal auf die elektrische Verbindung aufgeprägt. Das Kommunikationssignal ist insbesondere ein Wechselspannungssignal, so dass sich im verbundenen Zustand ein wechselndes Potential der elektrischen Verbindung einstellt. Das elektrische Potential wird hierbei gegenüber einem Referenzpotential, beispielsweise einem Potential eines Schutzleiters, der elektrischen Verbindung gemessen. Das Kommunikationssignal kann ein pulsförmiges Signal sein oder zeitlich aufeinander folgende Pulse aufweisen. Vorzugsweise ist das Kommunikationssignal ein Rechtecksignal. Das Kommunikationssignal kann eine konstante Frequenz aufweisen.
Erfindungsgemäß umfasst die Schaltung mindestens ein Mittel zur Veränderung einer Pulsweite des Kommunikationssignals, wobei mittels des Mittels zur Veränderung der Pulsweite die Pulsweite, insbesondere die Pulsweite von einzelnen Pulsen, des Kommunikationssignals veränderbar ist. Beispielsweise können die Pulsweiten von zeitlich aufeinander folgenden Pulsen des Kommunikationssignals verändert werden. Bei der Veränderung der Pulsweite wird ein Tastgrad eines Pulses des Kommunikationssignals verändert. Somit wird also ein Puls-Pause-Verhältnis erhöht oder reduziert.
Vorzugsweise sind ausschließlich zwei voneinander verschiedene Pulsweiten einstellbar. Hierdurch können zwei verschiedene Zustände codiert werden, z. B. zwei Zustände in einem binären System, insbesondere eine logische „1” und eine logische „0”.
Das Mittel zur Veränderung der Pulsweite kann beispielsweise durch den Signalgenerator ausgebildet sein. Insbesondere kann der Signalgenerator die Pulsweite des vorhergehend erläuterten Grundsignals oder des Kommunikationssignals einstellen. Auch kann ein Mittel zur Veränderung der Pulsweite zwischen dem Signalgenerator und der elektrischen Verbindung angeordnet sein, durch welches die Pulsweite des Kommunikationssignals eingestellt werden kann.
Das Mittel zur Veränderung der Pulsweite kann im fahrzeugseitigen oder im ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil angeordnet sein. Vorzugsweise ist es jedoch, wie nachfolgend noch näher erläutert, im ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil angeordnet.
Die Schaltung kann weiter mindestens ein Mittel zur Bestimmung der Pulsweite eines Pulses des Kommunikationssignals umfassen. Das Mittel kann z. B. als Auswerteeinrichtung, z. B. als Mikrocontroller, ausgebildet sein.
Durch die Veränderung der Pulsweite von einzelnen Pulsen des Kommunikationssignals können in vorteilhafter Weise weitere Zustände und/oder Informationen codiert werden, die durch eine entsprechende Auswertung wieder decodiert werden können. Somit wird in vorteilhafter Weise die Menge an übertragbaren Zuständen und/oder Informationen erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Mittel zur Veränderung der Pulsweite im ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil angeordnet sind. In diesem Fall kann also die Ladevorrichtung durch Veränderung der Pulsweite weitere Zustände und/oder Informationen codieren und an das Fahrzeug übertragen. Weiter kann der fahrzeugseitige Schaltungsteil ein Mittel zur Bestimmung der Pulsweite umfassen. Dies ermöglicht die Decodierung der von der Ladevorrichtung übertragenen Zustände und/oder Informationen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil mindestens eine ladevorrichtungsseitige Potentialmesseinrichtung, z. B. einen Spannungsmesser, wobei mittels der ladevorrichtungsseitigen Potentialmesseinrichtung ein Potential der elektrischen Verbindung erfassbar ist, insbesondere also eine Spannungsdifferenz zwischen dem Potential der elektrischen Verbindung und dem vorhergehend erwähnten Referenzpotential.
Weiter umfasst der fahrzeugseitige Schaltungsteil eine erste fahrzeugseitige Widerstandsschaltung, wobei die erste fahrzeugseitige Widerstandsschaltung mindestens einen ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand umfasst, der zwischen die elektrische Verbindung und das Referenzpotential schaltbar ist. Beispielsweise kann ein erster Anschluss des ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstands mit der elektrischen Verbindung über ein Schaltelement, beispielsweise ein elektronisches Schaltelement, wie z. B. ein MOSFET oder IGBT, oder ein mechanisches Schaltelement, z. B. ein Relais, verbindbar und ein zweiter Anschluss des ersten Bedämpfungswiderstands mit dem Referenzpotential elektrisch verbunden sein. Alternativ kann der erster Anschluss des ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstands mit der elektrischen Verbindung elektrisch verbunden und der zweite Anschluss über ein Schaltelement mit dem Referenzpotential verbindbar sein.
Durch das Zuschalten des mindestens ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstandes ist ein Potential der elektrischen Verbindung veränderbar. Hierbei kann ein positives und/oder ein negatives Potential der elektrischen Verbindung veränderbar sein. Bei einem positiven Potential weist die Differenz zwischen Potential und Referenzpotential ein positives Vorzeichen auf, bei einem negativen Potential weist die Differenz zwischen Potential und Referenzpotential ein negatives Vorzeichen auf.
Zuschalten bedeutet hierbei, dass die elektrische Verbindung über den ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand mit dem Referenzpotential verbunden wird, wobei ein Strom über den ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand fließen kann. In diesem Sinne kann Wegschalten bedeuten, dass ein Strompfad zwischen der elektrischen Verbindung und dem Referenzpotential über den ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand unterbrochen wird, wobei kein Strom über den ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand fließen kann.
Wie vorhergehend erläutert, kann das Potential gegenüber einem Referenzpotential, beispielsweise dem Potential eines Schutzleiters, erfasst werden. Die Veränderung des Potentials bedeutet hierbei die Veränderung einer Höhe des Potentials, beispielsweise einer Spannungsamplitude.
Selbstverständlich kann die erste Widerstandsschaltung mehrere Widerstände umfassen, von denen mindestens einer, mehrere, vorzugsweise jedoch alle, mit der elektrischen Verbindung, z. B. über jeweils ein Schaltelement, verbindbar oder verbunden sind. Hierdurch ergibt sich, dass durch Verbinden der elektrischen Verbindung mit verschiedenen Bedämpfungswiderständen verschiedene Potentiale eingestellt werden können.
Hierbei kann mittels des ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstands ausschließlich das positive Potential der elektrischen Verbindung veränderbar sein. Beispielsweise kann durch das Zuschalten ein positives Potential der elektrischen Verbindung verringert werden. In diesem Fall kann die Schaltung mindestens ein Mittel zur Potentialänderung der elektrischen Verbindung umfassen, wobei mittels des Mittels zur Potentialänderung, insbesondere ausschließlich, ein positives Potential der elektrischen Verbindung veränderbar ist. Somit kann durch das Mittel zur Potentialänderung die Höhe des positiven Potentials verändert werden. Beispielsweise kann durch das Mittel zur Potentialänderung, z. B. bei der Erzeugung des Grund- oder Kommunikationssignals, die Höhe eines positiven Anteil eines Pulses des Kommunikationssignals verändert werden.
Das Kommunikationssignal kann in einem zeitlichen Verlauf positive Anteile und negative Anteile, z. B. bezogen auf das Referenzpotential, aufweisen. Beispielsweise kann das Kommunikationssignal eine positive Halbwelle und eine negative Halbwelle umfassen. Ist das Kommunikationssignal ein Rechtecksignal, welches zwischen zwei Spannungswerten hin- und hergeschaltet wird, so kann ein Puls insbesondere einen positiven Anteil und einen negativen Anteil aufweisen.
Alternativ kann mittels des ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstands ausschließlich das negative Potential der elektrischen Verbindung veränderbar sein.
Umfasst der fahrzeugseitige Schaltungsteil eine erste Widerstandsschaltung zur Veränderung ausschließlich des positiven Potentials, so kann der fahrzeugseitige Schaltungsteil mindestens eine weitere fahrzeugseitige Widerstandsschaltung umfassen, wobei die weitere fahrzeugseitige Widerstandsschaltung mindestens einen weiteren fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand umfasst, der zwischen die elektrische Verbindung und das Referenzpotential schaltbar ist. Durch das elektrische Zuschalten des mindestens einen weiteren fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstands ist ein negatives Potential, insbesondere ausschließlich das negative Potential, der elektrischen Verbindung veränderbar.
Beispielsweise kann ein erster Anschluss des weiteren fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstands mit der elektrischen Verbindung über ein Schaltelement, beispielsweise eines der vorhergehend erläuterten Schaltelemente, verbindbar und ein zweiter Anschluss des weiteren fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstands mit dem Referenzpotential elektrisch verbunden sein. Alternativ kann der erste Anschluss des weiteren fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstands mit der elektrischen Verbindung elektrisch verbunden und der zweite Anschluss über ein Schaltelement mit dem Referenzpotential verbindbar sein.
Durch das Zuschalten des mindestens einen weiteren fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstandes ist ein negatives Potential der elektrischen Verbindung veränderbar. Zuschalten bedeutet hierbei, dass die elektrische Verbindung über den weiteren fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand mit dem Referenzpotential verbunden wird, wobei ein Strom über den weiteren fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand fließen kann. In diesem Sinne kann Wegschalten bedeuten, dass ein Strompfad zwischen der elektrischen Verbindung und dem Referenzpotential über den weiteren fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand unterbrochen wird, wobei kein Strom über den weiteren fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand fließen kann.
Hierbei kann die weitere fahrzeugseitige Widerstandsschaltung derart mit der elektrischen Verbindung verbunden sein, dass ausschließlich das negative Potential der elektrischen Verbindung veränderbar ist.
Wie vorhergehend erläutert, können somit positive als auch negative maximale Amplituden, z. B. von einzelnen Pulsen des Kommunikationssignals, durch das Zuschalten verschiedener Bedämpfungswiderstände der ersten und der weiteren fahrzeugseitigen Widerstandsschaltung verändert werden.
Gattungsgemäß war es bisher ausschließlich möglich und gemäß einschlägiger Normen, z. B. der SAE J1772, der DIN EN 62196-1, der DIN EN 61851-1 und der DIN IEC 62752, vorgesehen, durch das Zuschalten von Bedämpfungswiderständen, also das elektrische Verbinden der Bedämpfungswiderstände mit der elektrischen Verbindung, ein positives Potential zu verändern.
Somit ergibt sich nunmehr vorteilhaft, dass zusätzlich auch ein negatives Potential verändert werden kann. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Ladevorrichtung, insbesondere eine Erhöhung der übertragbaren Zustände und/oder Informationen.
Umfasst die Schaltung zur Signalübertragung auf der Fahrzeugseite ein Mittel zur Potentialänderung, z. B. eine Widerstandsschaltung, mittels der das Potential der elektrischen Verbindung veränderbar ist, so können damit nur Zustände und/oder Informationen vom Fahrzeug zur Ladevorrichtung kommuniziert werden (unidirektionale Kommunikation). Hierbei wird davon ausgegangen, dass ausschließlich z. B. eine fahrzeugseitige Steuereinrichtung den/die weiteren Bedämpfungswiderstand/Bedämpfungswiderstände zu- und wegschalten kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform ermöglicht jedoch eine bidirektionale Kommunikation. Hierbei kann auch der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil mindestens ein Mittel zur Potentialänderung umfassen. Insbesondere kann der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil mindestens eine erste ladevorrichtungsseitige Widerstandsschaltung umfassen, wobei die erste ladevorrichtungsseitige Widerstandsschaltung mindestens einen ersten ladevorrichtungsseitigen Bedämpfungswiderstand umfasst, der zwischen die elektrische Verbindung und das Referenzpotential schaltbar ist. Durch das Zuschalten oder Wegschalten des mindestens einen ersten ladevorrichtungsseitigen Bedämpfungswiderstands ist ein Potential der elektrischen Verbindung, insbesondere ein negatives Potential, weiter insbesondere ausschließlich ein negatives Potential, veränderbar.
Beispielsweise kann ein erster Anschluss des ersten ladevorrichtungsseitigen Bedämpfungswiderstands mit der elektrischen Verbindung über ein Schaltelement, beispielsweise eines der vorhergehend erläuterten Schaltelemente, verbindbar und ein zweiter Anschluss des ersten ladevorrichtungsseitigen Bedämpfungswiderstands mit dem Referenzpotential elektrisch verbunden sein. Alternativ kann der erster Anschluss des ersten ladevorrichtungsseitigen Bedämpfungswiderstands mit der elektrischen Verbindung elektrisch verbunden und der zweite Anschluss über ein Schaltelement mit dem Referenzpotential verbindbar sein.
Das Zuschalten und Wegschalten kann hierbei entsprechend den Ausführungen zum mindestens einen weiteren fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstands erfolgen.
Hierbei kann die weitere fahrzeugseitige Widerstandsschaltung derart mit der elektrischen Verbindung verbunden sein, dass ausschließlich das negative Potential der elektrischen Verbindung veränderbar ist.
Durch die erste ladevorrichtungsseitige Widerstandsschaltung, die nur einen, aber auch mehrere, Bedämpfungswiderstände umfassen kann, kann somit auch ladevorrichtungsseitig eine Veränderung des Potentials, insbesondere des negativen Potentials, der elektrischen Verbindung erfolgen. Wie vorhergehend erläutert, kann der mindestens erste ladevorrichtungsseitige Bedämpfungswiderstand z. B. über ein Schaltelement mit der elektrischen Verbindung verbindbar oder von dieser trennbar sein.
Selbstverständlich kann der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil eine erste ladevorrichtungsseitige Widerstandsschaltung und mindestens eine weitere ladevorrichtungsseitige Widerstandsschaltung umfassen, wobei mittels der ersten ladevorrichtungsseitigen Widerstandsschaltung ausschließlich ein positives Potential und mittels der weiteren ladevorrichtungsseitigen Widerstandsschaltung ausschließlich ein negatives Potential der elektrischen Verbindung veränderbar ist. Hierbei umfassen die ladevorrichtungsseitigen Widerstandsschaltungen jeweils einen oder mehrere zu- und wegschaltbare Bedämpfungswiderstände.
Somit kann in vorteilhafter Weise auch ladevorrichtungsseitig das Potential der elektrischen Verbindung verändert werden, wodurch auch eine Kommunikation von der Ladevorrichtung zum Fahrzeug ermöglicht wird. Insbesondere können ladevorrichtungsseitig Zustände und/oder Informationen durch die ladevorrichtungsseitige Veränderung des Potentials kodiert und somit an das Fahrzeug übertragen werden.
Somit kann fahrzeugseitig und/oder ladevorrichtungsseitig auch eine Höhe des positiven und/oder negativen Potentials der elektrischen Verbindung eingestellt werden. Durch Einstellung verschiedener Potentialhöhen, insbesondere der negativen Anteile von Pulsen des Kommunikationssignals, können in vorteilhafter Weise weitere Fahrzeugzustände und/oder an die Ladevorrichtung zu übertragende Informationen kodiert werden. Hierbei kann die ladevorrichtungsseitige Potentialmesseinrichtung das aktuelle Potential der elektrischen Verbindung erfassen. Insbesondere können auch maximale positive und negative Amplituden eines zeitlichen Verlaufs des Potentials bestimmt werden.
Ist fahrzeugseitig das negative Potential veränderbar, so kann die bidirektionale Kommunikation mittels der bisher nicht genutzten Beeinflussung des negativen Potentials erfolgen. Somit ermöglicht die vorgeschlagene Schaltung, dass ein Betrieb existierender Schaltungen, die eine Kommunikation mittels Veränderung des positiven Potentials ermöglichen, nicht verändert werden muss, wobei trotzdem zusätzlich weitere Kommunikationsmöglichkeiten geschaffen werden.
Weiter kann die elektrische Verbindung mit der weiteren fahrzeugseitigen Widerstandsschaltung über ein Gleichrichtelement verbunden sein. Das Gleichrichtelement kann beispielsweise eine Diode sein. Auch kann das Gleichrichtelement eine Durchlassrichtung aufweisen. In diesem Fall kann die Durchlassrichtung von der weiteren fahrzeugseitigen Widerstandsschaltung hin zur elektrischen Verbindung orientiert sein.
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise schaltungstechnisch sichergestellt, dass ausschließlich das negative Potential der elektrischen Verbindung durch die weitere fahrzeugseitige Widerstandsschaltung veränderbar ist.
Alternativ oder kumulativ ist die elektrische Verbindung mit der ersten ladevorrichtungsseitigen Widerstandsschaltung über ein Gleichrichtelement verbunden. Auch dieses Gleichrichtelement kann beispielsweise als Diode ausgebildet sein. Weiter kann das Gleichrichtelement eine Durchlassrichtung aufweisen, die von der ladevorrichtungsseitigen Widerstandsschaltung hin zur elektrischen Verbindung orientiert ist.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass schaltungstechnisch sichergestellt ist, dass ausschließlich das negative Potential durch die erste ladevorrichtungsseitige Widerstandsschaltung veränderbar ist.
Weiter kann der fahrzeugseitige Schaltungsteil mindestens eine erste fahrzeugseitige Potentialmesseinrichtung, z. B. einen Spannungsmesser, umfassen. Mittels der ersten fahrzeugseitigen Potentialmesseinrichtung ist ein Potential der elektrischen Verbindung erfassbar. Z. B. kann mittels der ersten fahrzeugseitigen Potentialmesseinrichtung ein negatives Potential der elektrischen Verbindung erfassbar sein. Alternativ umfasst der fahrzeugseitige Schaltungsteil mindestens eine weitere fahrzeugseitige Potentialmesseinrichtung, wobei mittels der weiteren fahrzeugseitigen Potentialmesseinrichtung ein negatives Potential der elektrischen Verbindung erfassbar ist.
Somit ist vorstellbar, dass der fahrzeugseitige Schaltungsteil eine erste und eine weitere Potentialmesseinrichtung umfasst, wobei mittels der ersten fahrzeugseitigen Potentialmesseinrichtung, insbesondere ausschließlich, ein positives Potential und mittels der weiteren fahrzeugseitigen Potentialmesseinrichtung, insbesondere ausschließlich, ein negatives Potential der elektrischen Verbindung erfassbar ist.
Somit kann sowohl ladevorrichtungsseitig als auch fahrzeugseitig ein Potential der elektrischen Verbindung erfasst werden. Hierbei kann die vorhergehend erläuterte ladevorrichtungsseitige Potentialmesseinrichtung sowohl ein negatives als auch ein positives Potential erfassen. Selbstverständlich ist auch vorstellbar, dass der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil eine erste ladevorrichtungsseitige Potentialmesseinrichtung und eine weitere ladevorrichtungsseitige Potentialmesseinrichtung umfasst, wobei mittels der ersten ladevorrichtungsseitigen Potentialmesseinrichtung, insbesondere ausschließlich, ein positives Potential und mittels der weiteren ladevorrichtungsseitigen Potentialmesseinrichtung, insbesondere ausschließlich, ein negatives Potential der elektrischen Verbindung erfassbar ist.
Durch das Erfassen des Potentials, insbesondere des negativen Potentials, kann sowohl fahrzeug- als auch ladevorrichtungsseitig ein jeweils von der Gegenseite verändertes, insbesondere negatives, Potential erfasst werden, welches, wie vorhergehend erläutert, einen bestimmten Zustand oder eine bestimmte Information kodiert. Diese Potentialmesseinrichtungen ermöglichen somit den Empfang des von der jeweiligen Gegenseite mittels Veränderung insbesondere des negativen Potentials ausgesendeten Kommunikationssignals.
Weiter kann sowohl der fahrzeugseitige als auch der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil jeweils eine Steuereinrichtung, z. B. eine als Mikrocontroller ausgebildete Steuereinrichtung, umfassen. Diese ermöglicht z. B. die Steuerung von Schaltelementen zum Zuschalten oder Wegschalten der vorhergehend erläuterten Bedämpfungswiderstände und somit die hierdurch ermöglichte uni- oder bidirektionale Kommunikation.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Signalübertragung zwischen einem Fahrzeug und einer Ladevorrichtung, wobei ein ladevorrichtungsseitiger Schaltungsteil und ein fahrzeugseitiger Schaltungsteil mittels einer elektrischen Verbindung elektrisch verbunden sind. Weiter wird ein Kommunikationssignal auf die elektrische Verbindung aufgeprägt. Dieses kann z. B. von einem ladevorrichtungsseitigen Signalgenerator, der mit der elektrischen Verbindung elektrisch verbunden ist, erzeugt werden.
Das Kommunikationssignal kann eine vorbestimmte Frequenz aufweisen, insbesondere eine Frequenz von 1 kHz. Das Kommunikationssignal kann insbesondere zeitlich aufeinander folgende Pulse aufweisen. Insbesondere kann das Kommunikationssignal ein Rechtecksignal sein.
Erfindungsgemäß wird eine Pulsweite des Kommunikationssignals durch ein Mittel zur Veränderung der Pulsweite verändert.
Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass auch durch eine Veränderung der Pulsweite Zustände und/oder Informationen codiert und zwischen Fahrzeug und Ladevorrichtung übertragen werden können. Dies erhöht, wie vorhergehend erläutert, eine Menge von übertragbaren Informationen.
In einer weiteren Ausführungsform sind genau zwei voneinander verschiedene Pulsweiten einstellbar. Hierdurch können in vorteilhafter Weise durch die Pulsweite zwei verschiedene Zustände, z. B. Bitwerte, codiert werden. Eine erste Pulsweite kann beispielsweise durch ein Puls-Pause-Verhältnis von 0.25/0.75 und eine weitere Pulsweite durch ein Puls-Pause-Verhältnis von 0.05/0.95 gegeben sein.
In einer weiteren Ausführungsform erfasst eine ladevorrichtungsseitige Potentialmesseinrichtung ein Potential der elektrischen Verbindung, wobei die elektrische Verbindung mit einem Referenzpotential über einen ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand einer ersten fahrzeugseitigen Widerstandschaltung verbunden oder von dem Referenzpotential getrennt wird, wobei durch das elektrische Verbinden und Trennen ein Potential der elektrischen Verbindung verändert wird. Hierbei kann ein positives oder negatives Potential der elektrischen Verbindung verändert werden. Dies bedeutet, dass eine Höhe eines positiven Anteils und/oder eine Höhe eines negativen Anteils eines Pulses des Kommunikationssignals verändert werden kann.
Insbesondere kann eine vorbestimmte Anzahl von verschiedenen Potentialen eingestellt werden. Beispielsweise kann eine vorbestimmte Anzahl von Potentialhöhen eines positiven Anteils und/oder eine weitere vorbestimmte Anzahl von Potentialhöhen eines negativen Anteils eines Pulses des Kommunikationssignals eingestellt werden.
Wird durch die erste fahrzeugseitige Widerstandsschaltung ein positives Potential der elektrischen Verbindung verändert oder eingestellt, so kann die elektrische Verbindung mit dem Referenzpotential über einen weiteren fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand einer weiteren fahrzeugseitigen Widerstandsschaltung verbunden oder von dem Referenzpotential getrennt werden, wobei durch das elektrische Verbinden und Trennen ein negatives Potential der elektrischen Verbindung verändert wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die elektrische Verbindung mit einem Referenzpotential über einen ersten ladevorrichtungsseitigen Bedämpfungswiderstand einer ersten ladevorrichtungsseitigen Widerstandschaltung verbunden oder von dem Referenzpotential getrennt, wobei durch das elektrische Verbinden und Trennen ein Potential, insbesondere ein negatives Potential, der elektrischen Verbindung verändert wird. Hierdurch können zusätzlich, wie vorgehend erläutert, in vorteilhafter Weise zusätzliche Informationen und/oder Zustände durch eine ladevorrichtungsseitige Veränderung des Potentials codiert und übertragen werden.
Durch die Veränderung des Potentials oder der Potentialhöhe von Pulsen des Kommunikationssignals, insbesondere eines Potentials eines positiven Anteils und/oder eines negativen Anteils, können in vorteilhafter Weise zusätzliche Zustände und/oder Informationen codiert und zwischen Fahrzeugseite und Ladevorrichtung übertragen werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird während einer bidirektionale Kommunikation zwischen dem ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil und dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil in einer Kommunikation von dem ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil zum fahrzeugseitigen Schaltungsteil ein erster binärer Wert, z. B. eine logische „0”, durch eine erste Pulsweite und ein weiterer logischer Wert, z. B. eine logische „1”, durch eine weitere Pulsweite codiert wird, wobei in einer Kommunikation von dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil zum ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil der erste binäre Wert durch das Einstellen eines vorbestimmten Potentials oder einer vorbestimmten Potentialhöhe, insbesondere eines positiven Potentials, und der weitere binäre Wert durch das Einstellen eines weiteren Potentials oder einer weiteren Potentialhöhe codiert wird.
Hierbei erfolgt also eine bidirektionale Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladevorrichtung mittels binärer Bitfolgen. Bits einer Bitfolge, die vom ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil zum fahrzeugseitigen Schaltungsteil übertragen wird, werden durch die Veränderung der Pulsweite codiert. Bits einer Bitfolge, die vom fahrzeugseitigen Schaltungsteil zum ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil übertragen wird, werden durch die Einstellung verschiedener Potentiale oder Potentialhöhen, insbesondere verschiedener Potentiale der positiven Anteile der einzelnen Pulse, codiert. Somit ist eine Voraussetzung, dass fahrzeugseitig mindestens zwei verschiedene Potentiale oder Potentialhöhen des Kommunikationssignals eingestellt werden können.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine existierende Schaltung in einfacher Weise derart angepasst und betrieben werden kann, dass eine bidirektionale Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladevorrichtung möglich ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Kommunikation durch eine vorbestimmte Bitfolge eingeleitet. Beispielsweise kann eine bidirektionale Kommunikation durch eine vorbestimmte Bitfolge, die vom ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil zum fahrzeugseitigen Schaltungsteil übertragen wird, eingeleitet werden. Diese kann durch eine entsprechende Einstellung der Pulsweite erzeugt werden. Alternativ kann eine bidirektionale Kommunikation durch eine vorbestimmte Bitfolge, die vom fahrzeugseitigen Schaltungsteil zum ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil übertragen wird, eingeleitet werden.
Insbesondere kann die einleitende Bitfolge ein eindeutig und leicht zu detektierende Bitfolge sein, welche in einem Datenstrom zur bidirektionalen Kommunikation nicht oder nur möglichst selten auftritt. Z. B. kann die einleitende Bitfolge 0×11111111 (binär) sein. Bei Empfang der Bitfolge wird erkannt, dass nachfolgend Bits oder Bitfolgen zur bidirektionalen Kommunikation übertragen werden. Somit können also nach der einleitenden Bitfolge weitere Bits oder Bitfolgen zur bidirektionalen Kommunikation übertragen werden.
Alternativ oder kumulativ kann die Kommunikation durch eine weitere vorbestimmte Bitfolge beendet werden. Auch die beendende Bitfolge kann eine eindeutig und leicht zu detektierende Bitfolge sein, welche in einem Datenstrom zur bidirektionalen Kommunikation nicht oder nur möglichst selten auftritt. Jedoch kann die beendende Bitfolge von der einleitenden Bitfolge verschieden sein. Z. B. kann die einleitende Bitfolge 0×11111110 (binär) sein.
Da nur eine elektrische Verbindung zur Übertragung von Informationen zu Verfügung steht, ist ein entsprechendes Protokoll einer bidirektionalen Kommunikation notwendig. Da die elektrische Verbindung auch bei nicht aktiver oder gewünschter Kommunikation ein Potential aufweist, ist eine Unterscheidung notwendig, ob ein aktuelles Potential Teil einer Kommunikation ist oder nicht. Dies wird in vorteilhafter Weise durch die vorhergehend beschriebene einleitende und/oder beendende Bitfolge ermöglicht.
Alternativ oder kumulativ kann die Übertragung eines Sonderzeichens durch eine weitere vorbestimmte Bitfolge eingeleitet werden. Ein Sonderzeichen kann beispielsweise durch die vorhergehend erläuterte einleitende Bitfolge oder beendende Bitfolge codiert sein. Somit kann ein Sonderzeichen nicht direkt als eine solche Bitfolge codiert werden, da gemäß Protokoll die entsprechende Bitfolge als Einleitung oder Beendigung interpretiert wird. Dies erfordert die Kennzeichnung einer Übertragung eines Sonderzeichens durch eine Sonderzeichen-Bitfolge. Auch die Sonderzeichen-Bitfolge kann aber eine eindeutig und leicht zu detektierende Bitfolge sein, welche in einem Datenstrom zur bidirektionalen Kommunikation nicht oder nur möglichst selten auftritt. Jedoch kann die Sonderzeichen-Bitfolgen von der beendenden Bitfolge und von der einleitenden Bitfolge verschieden sein. Z. B. kann die Sonderzeichen-Bitfolge 0×11111101 (binär) sein. Hierbei ist möglich, dass ein binärer Wert des Sonderzeichens durch Addition der Sonderzeichen-Bitfolge mit einer auf die Sonderzeichen-Bitfolge folgende Bitfolge bestimmt wird. Wird als z. B. die Sonderzeichen-Bitfolge 0×11111101 (binär) und nachfolgend eine Bitfolge 0×00000010 (binär) übertragen, so weist das Sonderzeichen den Wert 0×11111111 (binär) auf.
Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass auch Sonderzeichen übertragen werden können, wobei die Sonderzeichen z. B. die Werte der einleitenden oder beendenden Bitfolge aufweisen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild einer Schaltung zur Signalübertragung,
2 ein exemplarischer zeitlicher Verlauf eines Potentials einer Verbindungsleitung gemäß dem Stand der Technik,
3 ein exemplarischer zeitlicher Verlauf eines Potentials einer Verbindungsleitung,
4 ein weiterer exemplarischer zeitlicher Verlauf eines Potentials einer Verbindungsleitung und
5 ein weiterer exemplarischer zeitlicher Verlauf eines Potentials einer Verbindungsleitung.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Schaltung 1 zur Signalübertragung zwischen einem Fahrzeug (nicht dargestellt) und einer Ladevorrichtung (nicht dargestellt) dargestellt. Ein ladevorrichtungsseitiger Schaltungsteil 10 umfasst einen Signalgenerator 11 zur Erzeugung eines z. B. als Rechtecksignal mit z. B. einer Amplitude von +/–12 V und einer Frequenz von 1 kHz ausgebildeten Kommunikationssignals. Weiter umfasst der ladevorrichtungsseitiger Schaltungsteil 10 eine Gleichspannungsquelle 2, die beispielsweise ein Gleichspannungssignal mit einer Höhe von +12 V erzeugt. Weiter umfasst der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil 10 ein Schaltelement 12, wobei mittels des Schaltelements 12 entweder der Signalgenerator 11 oder die Gleichspannungsquelle 2 mit einer Verbindungsleitung VL elektrisch verbindbar ist. Weiter umfasst der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil 10 einen Spannungsmesser 13 und eine ladevorrichtungsseitige Steuereinrichtung 14. Der Spannungssensor 13 erfasst hierbei ein Potential P der Verbindungsleitung VL, insbesondere eine Potentialdifferenz U (siehe 2) des Potentials P der Verbindungsleitung VL und einem Referenzpotential RP. Die ladevorrichtungsseitige Steuereinrichtung 14 ist hierbei mit dem Spannungssensor 13 verbunden und kann das vom Spannungssensor 13 erfasste Potential P auswerten. Weiter kann die Steuereinrichtung 14, die mit dem Schaltelement 12 signaltechnisch verbunden ist, das Schaltelement 12 steuern, um entweder den Signalgenerator 11 oder die Gleichspannungsquelle 2 mit der Verbindungsleitung VL zu verbinden. Weiter dargestellt ist ein Anschlusselement 15 des ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteils 10, z. B. ein als Stecker ausgebildetes Anschlusselement 15.
Die Schaltung 1 umfasst weiter einen fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20. Hierbei umfasst der fahrzeugseitige Schaltungsteil 20 ein zum ladevorrichtungsseitigen Anschlusselement 15 korrespondierendes fahrzeugseitiges Anschlusselement 21, welches z. B. als Buchse ausgebildet ist. Durch die Anschlusselemente 15, 21 ist der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil 10 mit dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 elektrisch verbindbar. Insbesondere sind ladevorrichtungsseitige und fahrzeugseitige Abschnitte der Verbindungsleitung VL durch die Anschlusselemente 15, 21 verbindbar.
Weiter umfasst der fahrzeugseitige Schaltungsteil 20 eine erste fahrzeugseitige Widerstandsschaltung 22, die über eine erste Diode 23 mit dem fahrzeugseitigen Anschlusselement 21 elektrisch verbunden ist. Die erste Diode 23 ist hierbei in einem Abschnitt der Verbindungsleitung VL angeordnet. Hierbei ist eine Durchlassrichtung der ersten Diode 23 vom fahrzeugseitigen Anschlusselement 21 hin zur ersten fahrzeugseitigen Widerstandsschaltung 22 orientiert. Die erste fahrzeugseitige Widerstandsschaltung 22 umfasst einen ersten Bedämpfungswiderstand 24, einen zweiten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand 25 und ein Schaltelement 26, durch welches der zweite Bedämpfungswiderstand 25 mit einem Referenzpotential RP verbunden werden kann. Ist das Schaltelement 26 geöffnet, so ist der zweite fahrzeugseitige Bedämpfungswiderstand 25 nicht zwischen die Verbindungsleitung VL und das Referenzpotential RP geschaltet und somit die Verbindungsleitung VL nicht mit dem Referenzpotential RP elektrisch verbunden. In diesem Fall fällt über dem zweiten Bedämpfungswiderstand 25 keine Spannung ab. Weiter umfasst der fahrzeugseitige Schaltungsteil 20 einen ersten fahrzeugseitigen Spannungssensor 27 und eine fahrzeugseitige Steuereinrichtung 28, die mit dem ersten fahrzeugseitigen Spannungssensor 27 signaltechnisch verbunden ist und das von dem ersten fahrzeugseitigen Spannungssensor 27 erfasste Potential der Verbindungsleitung VL auswerten kann. Weiter ist die fahrzeugseitige Steuereinrichtung 28 signaltechnisch mit dem Schaltelement 26 verbunden, wobei die fahrzeugseitige Steuereinrichtung 28 Schaltzustände des Schaltelements 26 steuern kann.
Hierbei kann Signalgenerator 11 eine Pulsweite von Pulsen des Rechtecksignals einstellen. So kann, wie insbesondere in den 3 bis 5 ersichtlich, der Signalgenerator 11 ein Puls-Pause-Verhältnis auf ein erstes Puls-Pause-Verhältnis von 0.25/0.75 oder auf ein von dem ersten Puls-Pause-Verhältnis verschiedenes Puls-Pause-Verhältnis von 0.05/0.95 einstellen. Dies erlaubt die Codierung von zwei verschiedenen binären Zuständen. So kann das erste Puls-Pause-Verhältnis eine logische „0” und das weitere Puls-Pause-Verhältnis eine logische „1” codieren. Durch eine Pulsmodulation können somit Daten in Form von Bitfolgen von der Ladevorrichtung zum Fahrzeug übertragen werden.
Beispielsweise kann zum Einleiten einer bidirektionalen Kommunikation der Signalgenerator 11 eine einleitende Bitfolge von 0×11111111 (binär) durch z. B. 8 aufeinanderfolgende Pulse mit dem weiteren Puls-Pause-Verhältnis an den fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 übermitteln.
Nach Empfang der einleitenden Bitfolge kann, z. B. durch Ansteuern des ersten fahrzeugseitigen Schaltelements 26 fahrzeugseitig eine vorbestimmte Antwort-Bitfolge erzeugt werden. Beispielsweise kann nach Empfang der vollständigen einleitenden Bitfolge oder nach Empfang mindestens eines Teils der Bits der einleitenden Bitfolge oder beim Empfang des ersten Bits der einleitenden Bitfolge ein vierter Zustand ZD (siehe z. B. 3) des positiven Anteils des Potentials P (siehe 3) durch Schließen des ersten fahrzeugseitigen Schaltelements 26 eingestellt werden. In diesem vierten Zustand weist ein positiver Anteil eines Pulses des Kommunikationssignals eine vierte Potentialhöhe auf, wobei in weiteren Zuständen ZA, ZB, ZC der positive Anteil weitere, voneinander verschiedene Potentialhöhen aufweisen kann (siehe z. B. 2).
Dieser vierte Zustand ZD codiert in diesem Fall eine logische „1” in einer Kommunikation von dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 zum ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil 10. So kann z. B. eine Antwort-Bitfolge von 0×11111111 (binär) erzeugt werden.
Nach Empfang dieser Antwort-Bitfolge können nachfolgend übertragene Bits von Bitfolgen als Teil der bidirektionalen Kommunikation interpretiert werden. Antwortet der fahrzeugseitige Schaltungsteil 20 nicht mit der vorbestimmten Antwort-Bitfolge, so kann, gegebenenfalls wiederholt, erneut eine einleitende Bitfolge erzeugt und übertragen werden. Nach einer vorbestimmten Anzahl erfolgloser Versuche eines Kommunikationsaufbaus kann das Erzeugen einer einleitenden Bitfolge abgebrochen werden.
Hierbei ist es möglich, dass der vierte Zustand ZD ausschließlich nach Empfang der vollständigen einleitenden Bitfolge oder nach Empfang mindestens eines Teils der Bits der einleitenden Bitfolge oder beim Empfang des ersten Bits der einleitenden Bitfolge eingestellt werden kann. Da der vierte Zustand ZD außerhalb einer bidirektionalen Kommunikation z. B. eine weitere Information codieren kann, z. B. einen Zustand „Ladebetrieb mit Belüftung”, kann somit in vorteilhafter Weise vermieden werden, dass unbeabsichtigt diese weitere Information an die Ladevorrichtung übermittelt wird.
Selbstverständlich ist es weiter möglich, dass nach Herstellen der elektrischen Verbindung von dem ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil 10 zum fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 nicht nur die einleitende Bitfolge sondern auch noch weitere vorbestimmte Bitfolgen zur sicheren Erkennung übertragen werden. Diese Bitfolgen können beispielsweise Bits umfassen, deren Pulsweite nach den entsprechenden Normen ungültig sind. Die Bitfolgen können hierbei z. B. bauart- oder herstellerspezifisch festgelegt sein. Erst nach Empfang und Verifikation dieser Bitfolgen können nachfolgend übertragene Bits von Bitfolgen als Teil der bidirektionalen Kommunikation interpretiert werden.
In 2 ist ein exemplarischer zeitlicher Verlauf eines Potentials P der in 1 dargestellten Verbindungsleitung VL gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Hierbei ist auf einer horizontalen Achse die Zeit t und auf einer vertikalen Achse eine Potentialdifferenz U zwischen der Verbindungsleitung VL und einem Referenzpotential RP (siehe 1) dargestellt. Aufgrund des rechteckförmigen zeitlichen Verlaufs des vom Signalgenerator 11 erzeugten Kommunikationssignals weist auch das Potential P der Verbindungsleitung VL einen rechteckförmigen Verlauf auf, wobei eine Frequenz des rechteckförmigen Verlaufs beispielsweise 1 kHz beträgt. Hierbei ist dargestellt, dass positive Anteile des Potential P pro Periode oder Puls des Kommunikationssignals, also Anteile, in denen das Potential P der Verbindungsleitung VL höher als das Referenzpotential RP ist, vier verschiedene Zustände ZA, ZB, ZC, ZD annehmen können. In einem ersten Zustand ZA, in dem die Potentialdifferenz U beispielsweise 12 V betragen kann, ist eine erste Information I1 kodiert, wobei durch die erste Information I1 kodiert ist, dass der fahrzeugseitige Schaltungsteil 20 nicht mit dem ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil 10 (siehe 1) verbunden ist.
Zu einem Startzeitpunkt t0 wird der in 1 dargestellte Signalgenerator 11 z. B. über das Schaltelement 12 mit der Verbindungsleitung VL verbunden. Zu diesem Startzeitpunkt t0 ist jedoch der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil 10 nicht mit dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 verbunden. In diesem Fall erfasst der ladevorrichtungsseitige Spannungssensor 13 eine Potentialdifferenz von +12 V in einem positiven Anteil eines Pulses des Kommunikationssignals, der zwischen einem ersten Zeitpunkt t1 und dem Startzeitpunkt t0 auf die Verbindungsleitung VL aufgeprägt ist.
Entsprechend einem vorbestimmten Puls-Pause-Verhältnis, welches im vorliegenden Beispiel das vorhergehend erläuterte erste Puls-Pause-Verhältnis ist, wird zum ersten Zeitpunkt t1 ein negativer Anteil eines Pulses des Kommunikationssignals auf die Verbindungsleitung VL aufgeprägt. Dies erfolgt vom ersten Zeitpunkt t1 bis zu einem zweiten Zeitpunkt t2. Zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und dem zweiten Zeitpunkt t2 beträgt das Potential P und somit auch die Potentialdifferenz U –12 V. Die ladevorrichtungsseitige Steuereinrichtung 14 (siehe 1) erfasst hierbei die Amplitude zumindest des positiven Anteils eines Pulses des Potentials P.
Zu einem dritten Zeitpunkt t3 ist oder wird der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil 10 mit dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 verbunden. Aufgrund des ersten Bedämpfungswiderstandes 24, der in diesem Fall auf der Fahrzeugseite zwischen der Verbindungsleitung VL und dem Referenzpotential RP angeordnet ist, und der ersten Diode 23 fällt das Potential der positiven Anteile der Pulse des Kommunikationssignals auf z. B. 9 V (zweiter Zustand ZB) ab. In diesem zweiten Zustand ZB wird eine zweite Information 12 kodiert, die beispielsweise kodiert, dass der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil 10 und der fahrzeugseitige Schaltungsteil 20 elektrisch verbunden sind, ein Ladebetrieb jedoch noch nicht freigegeben ist.
Zu einem vierten Zeitpunkt t4 steuert z. B. die fahrzeugseitige Steuereinrichtung 28 (siehe 1) das Schaltelement 26 derart an, dass der zweite Bedämpfungswiderstand 25 zwischen die elektrische Verbindungsleitung VL und das Referenzpotential RP geschaltet wird. Durch dieses Zuschalten des zweiten Bedämpfungswiderstandes 25 zwischen die elektrische Verbindungsleitung VL und das Referenzpotential RP sinkt das Potential P der positiven Anteile der Pulse auf der Verbindungsleitung VL auf z. B. 6 V (dritter Zustand ZC). In diesem dritten Zustand ZC wird eine dritte Information 13 kodiert, die beispielsweise kodiert, dass der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil 10 mit dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 verbunden und ein Ladebetrieb freigegeben ist. Jedoch ist in diesem Ladebetrieb keine Belüftung erforderlich.
Durch weitere, in 1 nicht dargestellte zuschaltbare Bedämpfungswiderstände kann beispielsweise ein vierter Zustand ZD eingestellt werden, der beispielsweise eine vierte Information kodiert, dass der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil 10 und der fahrzeugsseitige Schaltungsteil 20 elektrisch verbunden, ein Ladebetrieb freigegeben und eine Belüftung gewünscht ist. In diesem vierten Zustand kann ein Potential P von positiven Anteilen von Pulsen des Kommunikationssignals beispielsweise 3 V betragen.
In 2 ist dargestellt, dass das eine Höhe der negativen Anteile des Potentials P nicht verändert wird und konstant beispielsweise –12 V beträgt.
In 3 ist ein exemplarischer Zeitverlauf eines Potentials P der in 1 dargestellten Verbindungsleitung VL dargestellt. Dieser entspricht bis zu einem fünften Zeitpunkt t5 dem in 2 dargestellten zeitlichen Verlauf. Daher wird diesbezüglich auf die Erläuterungen zu 2 verwiesen.
Zu diesem fünften Zeitpunkt t5 wird das bis zum fünften Zeitpunkt t5 durch den Signalgenerator 11 (siehe 1) eingestellte Puls-Pause-Verhältnis vom ersten Puls-Pause-Verhältnis, welches 0.25/0.75 beträgt, auf ein weiteres Puls-Pause-Verhältnis, welches 0.05/0.95 beträgt, eingestellt. Somit wird ein positives Potential P zwischen dem fünften Zeitpunkt t5 und einem sechsten Zeitpunkt t6 auf die Verbindungsleitung VL aufgeprägt. Entsprechend wird ein negatives Potential zwischen dem sechsten Zeitpunkt t6 und einem siebten Zeitpunkt t7 auf die Verbindungsleitung VL aufgeprägt. Die gesamte Pulsdauer entspricht einer Zeitdauer zwischen dem siebten Zeitpunkt t7 und dem fünften Zeitpunkt t5.
Dies bedeutet, dass ein Puls mit dem ersten Puls-Pause-Verhältnis für 25% der gesamten Pulsdauer eine positive Amplitude aufweist (positiver Anteil) und für 75% der gesamten Pulsdauer eine negative Amplitude aufweist (negativer Anteil). Ein Puls mit dem weiteren Puls-Pause-Verhältnis weist für 5% der gesamten Pulsdauer eine positive Amplitude (positiver Anteil) und für 95% der gesamten Pulsdauer eine negative Amplitude auf (negativer Anteil).
Ab dem fünften Zeitpunkt t5 auf die Verbindungsleitung VL aufgeprägte Pulse weisen das weitere Puls-Pause-Verhältnis auf.
In 3 ist dargestellt, dass durch Veränderung des Puls-Pause-Verhältnis eine Kommunikation K_LF von dem ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil 10 zum fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 erfolgen kann. Pulse, die das erste Puls-Pause-Verhältnis aufweisen, also alle Pulse vor dem fünften Zeitpunkt t5, codieren in einem binären System eine logische „0”. Pulse, die das weitere Puls-Pause-Verhältnis aufweisen, also alle Pulse nach dem fünften Zeitpunkt t5, codieren in einem binären System eine logische „1”.
Hierbei ist dargestellt, dass die Kommunikation K_LF zeitlich parallel zur Kodierung von Informationen I1, I2, I3 durch die positiven Anteile des Potentials P in Perioden oder Pulsen des Kommunikationssignals erfolgen kann. In 3 ist dargestellt, dass zwischen dem dritten Zeitpunkt t3 und dem fünften Zeitpunkt t5 ein Byte 0×00000000 (binär) und nach dem fünften Zeitpunkt t5 ein Byte 0×11111111 übertragen wird.
In 4 ist ein weiterer exemplarischer Zeitverlauf eines Potentials P der in 1 dargestellten Verbindungsleitung VL dargestellt. Dieser Zeitverlauf entspricht bis zu einem fünften Zeitpunkt t5 dem in 3 dargestellten Zeitverlauf. Daher wird auf die entsprechenden Erläuterungen zu 3 verwiesen. Im Unterschied zu 3 ist in 4 jedoch noch eine Kommunikation K_FL von dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 zum ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil 10 dargestellt. In dieser Kommunikation K_LF codieren der erste Zustand ZA, der zweite Zustand ZB und der dritte Zustand ZC, also die vorhergehend erläuterten Potentialhöhen in den einzelnen Zuständen ZA, ZB, ZC, in einem binären System eine logische „0”. Der vierte Zustand ZD, insbesondere die Potentialhöhe in dem vierten Zustand ZD, codiert in dieser Kommunikation K_FL in dem binären System eine logische „1”. Hierbei kann es erforderlich sein, dass bei einer Auswertung des Zustands ZA, ZB, ZC, ZD des positiven Anteils von Pulsen des Kommunikationssignals, die auf die Verbindungsleitung VL aufgeprägt werden, eine Zuordnung zu einer bidirektionalen Kommunikation zwischen dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 und dem ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil 10 oder eine Zuordnung zu einer unidirektionalen Kommunikation der Informationen I1, I2, I3 von dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 zu dem ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil 10 erfolgt oder vorbekannt ist.
Ab dem fünften Zeitpunkt t5 wird, z. B. durch Ansteuerung von fahrzeugseitigen Schaltelementen der vierte Zustand ZD eingestellt, in welchem der positiven Anteil eines Pulses eine Höhe von 3 V aufweist.
In 4 ist dargestellt, dass zwischen dem dritten Zeitpunkt t3 und dem fünften Zeitpunkt t5 ein Byte 0×00000000 (binär) und nach dem fünften Zeitpunkt t5 ein Byte 0×11111111 in der Kommunikation K_FL übertragen wird.
In 5 ist detailliert ein weiterer exemplarischer zeitlicher Verlauf des Potentials P der in 1 dargestellten Verbindungsleitung VL dargestellt. Dargestellt sind ein erster Puls PU1, ein zweiter Puls PU2, ein dritter Puls PU3, ein vierter Puls PU4, ein fünfter Puls PU5, ein sechster Puls PU6, ein siebter Puls PU7 und ein achter Puls PU8, die zeitlich nacheinander durch den Signalgenerator 11 erzeugt und auf die Verbindungsleitung VL aufgeprägt werden (siehe 1). Weiter dargestellt sind Bitfolgen einer Kommunikation K_LF von einem ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil 10 zu einem fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 und einer Kommunikation K_FL von dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 zu dem ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil 10. Die Kommunikation K_LF, K_FL erfolgt hierbei bidirektional und zeitgleich. Der erste, der dritte, der fünfte und der siebte Puls PU1, PU3, PU5, PU7 weisen das vorhergehend erläuterte weitere Puls-Pause-Verhältnis von 0.05/0.95 auf. Somit wird in diesen Pulsen PU1, PU3, PU5, PU7 in der Kommunikation K_LF eine logische „1” codiert. Der zweite, der vierte, der sechste und der achte Puls PU2, PU4, PU6, PU8 weisen das vorhergehend erläuterte erste Puls-Pause-Verhältnis von 0.25/0.75 auf. Somit wird in diesen Pulsen PU2, PU4, PU6, PU8 in der Kommunikation K_LF eine logische „0” codiert. Somit wird in Abhängigkeit des Puls-Pause-Verhältnis der einzelnen Pulse PU1, ..., PU8 ein Byte 0×10101010 (binär) vom ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil 10 zum fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 übertragen.
Ein Potential des positive Anteils des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Pulses PU1, PU2, PU3, PU4 weist den vierten Zustand ZD auf, beträgt also in diesem Beispiel 3 V. Somit wird in diesen Pulsen PU1, PU2, PU3, PU4 eine logische „1” codiert. Ein Potential des positive Anteils des vierten, fünften, sechsten, siebten und achten Pulses PU5, PU6, PU7, PU8 weist einen dritten Zustand ZD auf, beträgt also in diesem Beispiel 6 V. Somit wird in diesen Pulsen PU5, PU6, PU7, PU8 eine logische „0” codiert. Eine solche logische „0” wird auch codiert, wenn das Potential des positiven Anteils sich in einem ersten Zustand ZA oder in einem zweiten Zustand ZB befinden würde. Somit wird in Abhängigkeit des Zustands ZA, ZB, ZD, ZC des positiven Anteils des Potentials P der einzelnen Pulse PU1, ..., PU8 ein Byte 0×11110000 (binär) vom fahrzeugseitigen Schaltungsteil 20 zum ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil 10 übertragen.
Durch die vorhergehend erläuterte uni- oder bidirektionale Datenübertragung durch Veränderung der Pulsweite und/oder der Einstellung einer vorbestimmten (positiven) Potentialhöhe in einzelnen Perioden oder Pulsen eines zeitlichen Verlaufs des Potentials P können zusätzliche Informationen sowohl vom Fahrzeug zur Ladevorrichtung als auch von der Ladevorrichtung zum Fahrzeug übertragen werden. Beispielsweise kann ein Verriegelungszustand des Fahrzeugs, ein Ladezustand einer Traktionsbatterie, eine verbleibende Laderestzeit und/oder eine mit dem aktuellen Ladezustand verfügbare Reichweite vom Fahrzeug an die Ladevorrichtung übermittelt werden. Auch kann eine Kennung des Fahrzeugs an die Ladevorrichtung übermittelt werden, durch die fahrzeugspezifische Einstellungen oder Eigenschaften durch die Ladevorrichtung angezeigt werden können. Beispielsweise kann eine Anzeige eines Bildes des Fahrzeugs auf einer Anzeigevorrichtung der Ladevorrichtung erfolgen. Auch weitere, insbesondere die vorhergehend erwähnten, Informationen, die vom Fahrzeug zur Ladevorrichtung übertragen werden, können dann auf der Anzeigeeinrichtung der Ladevorrichtung angezeigt werden.
Weiter kann ladevorrichtungsseitig eine Betätigungsvorrichtung vorgesehen sein, wobei bei Betätigung dieser Betätigungsvorrichtung, z. B. durch einen Benutzer, ein Ladevorgang zeitlich unmittelbar begonnen wird. Hierfür wird ein Aktivierungssignal und gegebenenfalls die für einen Ladevorgang notwendigen Daten nach Betätigung, jedoch vor Beginn des Ladevorgangs, von der Ladevorrichtung an das Fahrzeug übertragen. Die Betätigungsvorrichtung kann beispielsweise als manuell betätigbare Taste oder Sofort-Lade-Taste ausgebildet sein. Insbesondere kann nach Betätigung der ladevorrichtungsseitigen Betätigungsvorrichtung ein fahrzeugseitig gespeicherter Ladezeitplan übersteuert werden. Bei aktuellen Fahrzeug- oder Ladekonzepten kann es möglich sein, einen Ladevorgang fahrzeugseitig zeitgesteuert zu programmieren. Somit kann z. B. ein Aufladen zu Tageszeiten erfolgen, in denen ein Strompreis günstig ist. Durch die Betätigung der ladevorrichtungsseitigen Betätigungsvorrichtung kann ein solcher zeitgesteuert programmierter Ladevorgang, der fahrzeugseitig programmiert ist, übersteuert werden, um z. B. eine sofortige Vollaufladung zu beginnen.
Der technische Aufwand, welcher zur Realisierung der vorgeschlagenen Schaltung als auch des vorgeschlagenen Verfahrens notwendig ist, ist in vorteilhafter Weise gering. Insbesondere können existierende Schaltungsteile angepasst werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die z. B. in 1 dargestellte schaltungstechnisch realisierte Erfassung und Veränderung der Pulsweite des Kommunikationssignals softwaretechnisch, z. B. durch eine geeignete Programmierung der fahrzeugseitigen Steuereinrichtung 28, zu lösen. Entsprechendes gilt für den ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil 10.
Weiter können auch Fehlerzustände bidirektional übertragen werden.
Bezugszeichenliste

1: Schaltung
2: Gleichspannungsquelle
10: ladevorrichtungsseitiger Schaltungsteil
11: Signalgenerator
12: Gleichspannungsquelle
13: Spannungssensor
14: ladevorrichtungsseitige Steuereinrichtung
15: ladevorrichtungsseitiges Anschlusselement
20: fahrzeugseitiger Schaltungsteil
21: fahrzeugseitiges Anschlusselement
22: erste fahrzeugseitige Widerstandsschaltung
23: erste Diode
24: erster fahrzeugseitiger Bedämpfungswiderstand
25: zweiter fahrzeugseitiger Bedämpfungswiderstand
26: erstes fahrzeugseitiges Schaltelement
27: erster fahrzeugseitiger Spannungssensor
28: fahrzeugseitige Steuereinrichtung
VL: Verbindungsleitung
RP: Referenzpotential
P: Potential
U: Potentialdifferenz, Spannung
ZA: erster Zustand
ZB: zweiter Zustand
ZC: dritter Zustand
ZD: vierter Zustand
I1: erste Information
I2: zweite Information
I3: dritte Information
t0: Startzeitpunkt
t1: erster Zeitpunkt
t2: zweiter Zeitpunkt
t3: dritter Zeitpunkt
t4: vierter Zeitpunkt
t5: fünfter Zeitpunkt
t6: sechster Zeitpunkt
t7: siebter Zeitpunkt
t: Zeit
K_LF: Kommunikation
K_FL: Kommunikation
PU1: erster Puls
PU2: zweiter Puls
PU3: dritter Puls
PU4: vierter Puls
PU5: fünfter Puls
PU6: sechster Puls
PU7: siebter Puls
PU8: achter Puls

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 Patentliteratur

EP 2309617 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

SAE J1772 [0034]
DIN EN 62196-1 [0034]
DIN EN 61851-1 [0034]
DIN IEC 62752 [0034]

Claims

Schaltung zur Signalübertragung zwischen einem Fahrzeug und einer Ladevorrichtung, wobei ein ladevorrichtungsseitiger Schaltungsteil (10) der Schaltung (1) und ein fahrzeugseitiger Schaltungsteil (20) der Schaltung (1) mittels einer elektrischen Verbindung elektrisch verbindbar sind, wobei ein Kommunikationssignal auf die elektrische Verbindung aufprägbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (1) mindestens ein Mittel zur Veränderung einer Pulsweite des Kommunikationssignals umfasst, wobei mittels des Mittels zur Veränderung der Pulsweite die Pulsweite des Kommunikationssignals veränderbar ist.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Veränderung einer Pulsweite im ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil (10) angeordnet sind.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil (10) mindestens eine ladevorrichtungsseitige Potentialmesseinrichtung umfasst, wobei mittels der ladevorrichtungsseitigen Potentialmesseinrichtung ein Potential (P) der elektrischen Verbindung erfassbar ist, wobei der fahrzeugseitige Schaltungsteil (20) mindestens eine erste fahrzeugseitige Widerstandsschaltung (22) umfasst, wobei die erste fahrzeugseitige Widerstandsschaltung (22) mindestens einen ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand (24) umfasst, der zwischen die elektrische Verbindung und ein Referenzpotential (RP) schaltbar ist, wobei durch das Zuschalten des mindestens ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstands (24) ein Potential (P) der elektrischen Verbindung veränderbar ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil (10) mindestens eine erste ladevorrichtungsseitige Widerstandsschaltung umfasst, wobei die erste ladevorrichtungsseitige Widerstandsschaltung mindestens einen ersten ladevorrichtungsseitigen Bedämpfungswiderstand umfasst, der zwischen die elektrische Verbindung und ein Referenzpotential schaltbar ist, wobei durch das Zuschalten des mindestens ersten ladevorrichtungsseitigen Bedämpfungswiderstands ein Potential (P) der elektrischen Verbindung veränderbar ist.
Verfahren zur Signalübertragung zwischen einem Fahrzeug und einer Ladevorrichtung, wobei ein ladevorrichtungsseitiger Schaltungsteil (10) und ein fahrzeugseitiger Schaltungsteil (20) mittels einer elektrischen Verbindung elektrisch verbunden sind, wobei ein Kommunikationssignal auf die elektrische Verbindung aufgeprägt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Pulsweite des Kommunikationssignals durch ein Mittel zur Veränderung der Pulsweite verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei verschiedene Pulsweiten einstellbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine ladevorrichtungsseitige Potentialmesseinrichtung ein Potential (P) der elektrischen Verbindung erfasst, wobei die elektrische Verbindung mit einem Referenzpotential (RP) über einen ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand (24) einer ersten fahrzeugseitigen Widerstandschaltung (22) verbunden oder von dem Referenzpotential (RP) getrennt wird, wobei durch das elektrische Verbinden und Trennen ein Potential (P) der elektrischen Verbindung verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung mit einem Referenzpotential (RP) über einen ersten ladevorrichtungsseitigen Bedämpfungswiderstand einer ersten ladevorrichtungsseitigen Widerstandschaltung verbunden oder von dem Referenzpotential (RP) getrennt wird, wobei durch das elektrische Verbinden und Trennen ein Potential (P) der elektrischen Verbindung verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während einer bidirektionale Kommunikation (K_LF, K_FL) zwischen dem ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil (10) und dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil (20) in einer Kommunikation (K_LF) von dem ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil (10) zum fahrzeugseitigen Schaltungsteil (20) ein erster binärer Wert durch eine erste Pulsweite und ein weiterer binärer Wert durch eine weitere Pulsweite codiert wird, wobei in einer Kommunikation (K_FL) von dem fahrzeugseitigen Schaltungsteil (20) zum ladevorrichtungsseitigen Schaltungsteil (10) der weitere binäre Wert durch das Einstellen eines vorbestimmten Potentials (P) und der erste binäre Wert durch das Einstellen eines weiteren vorbestimmten Potentials (P) codiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kommunikation (K_LF, K_FL) durch eine vorbestimmte Bitfolge eingeleitet und/oder durch eine weitere vorbestimmte Bitfolge beendet wird und/oder die Übertragung eines Sonderzeichens durch eine weitere vorbestimmte Bitfolge eingeleitet wird.