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Die vorliegende Erfindung betrifft Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern der Betriebssicherheit während des Wiederaufladens und Auftankens solcher Fahrzeuge.
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Ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) weist sowohl einen batteriebetriebenen Elektromotor als auch eine Kraftstoffverbrennungsmaschine auf, welche jeweils Antriebskraft für das Fahrzeug bereitstellen können. Ferner kann die Batterie eines PHEVs durch eine bordexterne Elektrizitätsquelle wiederaufgeladen werden. Dies wird normalerweise bewerkstelligt, indem die Leistungsversorgung an einen Ladeanschluss am Fahrzeug angeschlossen wird, wenn das Fahrzeug geparkt ist. Da PHEVs auch einen Tankanschluss aufweisen, durch welchen der Kraftstofftank aufgefüllt wird, besteht eine Möglichkeit, dass ein Fahrzeugbetreiber empfohlene Betriebssicherheitsmaßnahmen nicht beachtet und Auftankung und Wiederaufladung gleichzeitig durchzuführen versucht.
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Es wurden verschiedene Systeme und Verfahren vorgeschlagen, welche erfordern, dass sowohl der Tankanschluss als auch der Ladeanschluss am Fahrzeug mit einem verriegelbaren Deckel ausgestattet sind, und dass der offene/geschlossene Zustand diese beiden Deckel überwacht und durch eine On-Board-Steuerung des Fahrzeugs verwendet wird, um zu verhindern, dass beide Deckel gleichzeitig geöffnet werden.
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In einer offenbarten Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung zum Verhindern von elektrischem Aufladen eines Fahrzeugs während des Auftankens ein On-Bord-Ladegerät, das mit einem Ladestecker verbunden werden kann, um Ladestrom davon zu empfangen, einen Deckel, welcher Zugriff auf einen Tankanschluss kontrolliert, und ein Steuermodul, das so funktioniert, dass es erkennt, dass das Ladegerät und der Stecker in elektrischer Vorauflade-Verbindung stehen, einen Betankungszulassungszustand des Deckels erkennt und verhindert, dass das Ladegerät Ladestrom empfängt, wenn der Deckel im Betankungszulassungszustand ist.
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Für ein Fahrzeug mit einem Tankdeckelverriegelungssystem kann der Betankungszulassungszustand ein Entriegeln des Deckels umfassen. In dieser Ausführungsform kann die Steuerung ferner so betrieben werden, dass sie Betanken während des Durchführens von elektrischer Aufladung verhindert, indem sie verhindert, dass das Tankdeckelverriegelungssystem den Deckel entriegelt, wenn die elektrische Vorauflade-Verbindung besteht.
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In einer anderen offenbarten Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung zum Verhindern von Betanken während des Durchführens von elektrischer Aufladung ein On-Board-Ladegerät, das mit einem Ladestecker verbunden werden kann, einen Deckel, welcher Zugriff auf einen Tankanschluss kontrolliert, eine Verriegelung, welche den Deckel abwechselnd verriegelt und entriegelt, und ein Steuermodul, dass so betrieben werden kann, dass es bei Erfassung eines Signals, welches Stromdurchgang zwischen dem Ladegerät und dem Ladestecker anzeigt, verhindert, dass die Verriegelung den Deckel entriegelt. Um elektrisches Aufladen während des Durchführens von Betankung zu verhindern, kann das Steuermodul ferner so funktionieren, dass es ein Deckel-verriegelt/-entriegelt-Signal empfängt und verhindert, dass das On-Board-Ladegerät Ladestrom empfängt, wenn der Deckel entriegelt ist.
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In einer anderen offenbarten Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Verhindern von gleichzeitigem elektrischen Aufladen und Betanken eines Fahrzeugs ein Erkennen von Vorauflade-Stromdurchgang zwischen einem On-Board-Ladegerät des Fahrzeugs und einem Ladestecker, der mit dem Ladegerät in Eingriff steht, und Verhindern des Öffnens eines Deckels, welcher Zugriff auf einen Tankanschluss kontrolliert, wenn der Vorauflade-Stromdurchgang besteht.
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In einer anderen offenbarten Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Verhindern von gleichzeitigem elektrischem Aufladen und Betanken eines Fahrzeugs ein Erkennen, ob ein Tankdeckel des Fahrzeugs in einem Betankungszulassungszustand ist, und Verhindern, wenn der Tankdeckel im Betankungszulassungszustand ist, dass ein On-Board-Ladegerät, das mit einem Ladestecker in Eingriff steht, Ladestrom vom Ladestecker empfängt.
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1 ist eine schematische Gesamtansicht eines PHEVs, wobei sowohl ein elektrischer Leistungsstecker als auch ein Tankschlauch daran angeschlossen sind;
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2 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Abschnitts eines elektrischen Systems eines PHEVs;
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3 ist ein Prozessablaufdiagramm eines ersten Verfahrens gemäß einer verwendeten Ausführungsform; und
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4 ist ein zweites Prozessablaufdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer anderen hierin verwendeten Ausführungsform veranschaulicht.
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Wie erforderlich, werden hierin ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch von selbst, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele der Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten von bestimmten Komponenten darzustellen. Daher sind die hierin offenbarten spezifischen Struktur- und Funktionsdetails nicht als einschränkend, sondern lediglich als repräsentative Basis für die Belehrung von Fachleuten über verschiedene Einsatzmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung auszulegen.
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1 stellt ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) 10 in gestrichelten Linien allgemein dar, wobei Teile des Fahrzeugs, die für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung relevant sind, in durchgehenden Linien dargestellt sind. Das PHEV 10 weist einen Tankanschluss 12 auf, der sich auf einem Karosserieaußenblech des Fahrzeugs befindet. Der Tankanschluss 12 ist mit einem Tankdeckel 14 ausgestattet, der zwischen einem offenen Zustand (dargestellt), welcher Zugriff auf ein Kraftstoffeinfüllrohr ermöglicht, und einem geschlossenen Zustand (nicht dargestellt), welcher Zugriff auf das Einfüllrohr blockiert, bewegt werden kann. Eine Betankungsdüse 16 ist so in den Tankanschluss 12 eingeführt dargestellt, als würde das Fahrzeug gerade aufgetankt.
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Das PHEV 10 weist ferner einen Ladeanschluss 18, der sich auf einem Karosserieaußenblech des Fahrzeugs befindet, und einen Ladeanschlussdeckel 22 auf, der zwischen einem offenen Zustand (dargestellt) und einem geschlossenen Zustand (nicht dargestellt) bewegt werden kann. Ein Ladestecker 24 ist über ein Ladekabel 26 mit einer Ladestation 28 verbunden. Die Ladestation kann von dem Typ sein, der in der Industrie im Allgemeinen als Elektrofahrzeugversorgungseinrichtung (EVSE) bekannt ist und die Industriestandards erfüllt, um erforderlichenfalls elektrische Energie von einer Elektrizitätsquelle zum Aufladen von Fahrzeugbatterien aufzubereiten. Wie auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist, überwacht die EVSE, wenn die EVSE und das PHEV 10 miteinander verbunden sind, das elektrische System des Fahrzeugs und/oder kommuniziert damit, um sicherzustellen, dass die dem Fahrzeug zugeführte Ladeelektrizität vom geeigneten Typ (Spannung, Stromstärke) ist.
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Ein On-Board-Ladegerät (OBC für engl. on-board charger) 30 und eine Batterie 32 sind schematisch so dargestellt, dass sie mit einer Steckbuchse 20 in elektrischer Verbindung stehen. Wie auf dem Gebiet der Elektrofahrzeuge allgemein bekannt ist, speist die Batterie 32 einen Elektromotor (nicht dargestellt), der Antriebskraft für das Fahrzeug und/oder andere elektrische Systeme des Fahrzeugs bereitstellt. Das OBC 30 ist eine elektrische Komponente, welche das Aufladen und den Zustand der Batterie 32 überwacht und steuert, wie auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist.
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2 stellt relevante Abschnitte des elektrischen Systems eines PHEVs in Form eines schematischen Blockdiagramms dar. Die Komponenten sind durch einen Datenbus 34 miteinander verbunden dargestellt, wie dies bei den meisten Architekturen von Kraftfahrzeugsystemen heutzutage der Fall ist. Direkte Verbindungen zwischen einigen oder allen der Komponenten sind ebenfalls möglich und fallen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
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Eine Steuerung 40 kann eine Steuerung auf Mikroprozessorbasis mit einer zentralen Verarbeitungseinheit, einem internen Speicher, wie beispielsweise RAM und/oder ROM, und zugehörigen Ein- und Ausgängen sein, die über den Datenbus 34 kommunizieren. Die Steuerung 40 kann ein Teil einer zentralen Fahrzeughauptsteuereinheit oder eine unabhängige Einheit sein, wie beispielsweise ein Kraftübertragungssteuermodul (PCM für engl. powertrain control module), wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Die Steuerung 40 kann verschiedene Verarbeitungseinheiten umfassen, welche als separate Geräte oder als integraler Bestandteil der Steuerung eingebaut sein können.
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Ein Tankdeckelschalter 42 kann ein manueller und/oder sprachaktivierter Schalter sein, der durch den Fahrzeugbetreiber verwendet wird, um eine Tankdeckel-Betätigungseinrichtung/Verriegelung 44 auszulösen, wenn Betanken des Fahrzeugs erwünscht ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein Tankdeckel-Zustandssensor 46 vorgesehen sein, der den offenen/geschlossenen Zustand des Tankdeckels 14 überwacht und diesen Zustand der Steuerung 40 meldet. Aus Gründen, die im Folgenden genauer erläutert werden, kann auch eine Betreiberwarnanzeige 48, wie beispielsweise eine auf der Instrumententafel montierte Lampe und/oder ein akustischer Ton, vorgesehen sein.
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Eine Ladeanschlussdeckel-Sperre/Verriegelung 50 und/oder ein Ladeanschlussdeckel-Zustandssensor 52 können ebenfalls vorgesehen sein, um den Zustand des Ladeanschlussdeckels 22 zu steuern und/oder zu überwachen.
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3 veranschaulicht ein Verfahren zum Verhindern des Betankens des Fahrzeugs während des Durchführens von elektrischer Aufladung. Bei Block 100 wird eine Anforderung gestellt oder ein Befehl erteilt, den Tankdeckel zu öffnen. Dies kann zum Beispiel umfassen, dass ein Betreiber einen Schalter im Vorgriff auf das Betanken des Fahrzeugs aktiviert. Die Schalteraktivierung kann direkt oder indirekt zur Erzeugung eines elektrischen Signals führen, das einer Steuerung (wie beispielsweise der Steuerung 40 in 2) kommuniziert wird.
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Bei Block 110 erkennt oder bestimmt die Steuerung, ob eine elektrische Vorlauflade-Verbindung zwischen einem On-Board-Ladegerät und einer bordexternen Ladestation hergestellt wurde oder nicht. Die elektrische Vorauflade-Verbindung erfordert, dass der Ladestecker 24 und die Lade-Steckbuchse 20 derart miteinander in Eingriff stehen, dass ein angemessener Stromdurchgang erreicht wird, damit Ladestrom von der Ladestation zur On-Board-Batterie fließen kann, wenn das Aufladen beginnt.
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Wenn die Ladestation die gegenwärtigen Industriestandards für eine EVSE erfüllt, wird die elektrische Vorauflade-Verbindung durch einen Austausch von elektrischen Signalen zwischen dem On-Board-Ladegerät und der EVSE hergestellt, der es einer oder beiden der Komponenten ermöglicht, zu bestätigen, dass kompatible Ladebedingungen vorliegen. Der Zustand, in welchem das On-Board-Ladegerät korrekt mit der EVSE verbunden ist, damit das Aufladen der Fahrzeugbatterie beginnen kann, wird gemeinhin als „On-plug“- bzw. Ladebereit-Zustand bezeichnet.
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Sobald der Ladebereit-Zustand bestätigt ist, erfolgt möglicherweise noch immer kein Stromfluss zum Aufladen der Batterie, bis andere Fahrzeugsysteme in jeweiligen Zuständen sind, die zum Aufladen geeignet sind. Zum Beispiel wird das Aufladen möglicherweise nicht freigegeben, bis die Steuerung und/oder das On-Board-Ladegerät Signale empfangen, die anzeigen, dass ein Fahrzeuggetriebe in einem PARK-Modus ist.
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Wenn das Ladegerät und/oder die EVSE bestätigt haben, dass eine korrekte elektrische Verbindung hergestellt wurde (Block 110, „JA“), wird dies an die Steuerung weitergeleitet, und das Verfahren geht zu Block 120 weiter, bei dem die Steuerung das Öffnen des Tankdeckels verhindert oder unterbindet. Dies kann dadurch erreicht werden, dass verhindert wird, dass die bei Block 100 erzeugte Tankdeckel-öffnen-Anforderung an die Tankdeckel-Betätigungseinrichtung/Verriegelung 44 weitergeleitet wird. Dieser „Deckel-öffnen-verhindern“-Zustand wird vorzugsweise von einer Warnung begleitet, die an den Fahrzeugbetreiber geliefert wird und ihn davon benachrichtigt, dass das On-Board-Ladegerät 30 mit einer Ladestation oder ESVE in elektrischer Verbindung steht.
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Wenn die elektrische Vorauflade-Verbindung zwischen dem On-Board-Ladegerät und der Ladestation nicht erkannt wird (Block 110, „NEIN“), geht das Verfahren zu Block 140 weiter, und es wird zugelassen, dass der Tankdeckel geöffnet wird. Dies kann erreicht werden, indem die Steuerung den Tankdeckel-öffnen-Befehl bzw. das Tankdeckel-öffnen-Signal an einen Tankdeckel-Betätigungs-/-Verriegelungsmechanismus weiterleitet.
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Wenn das Entriegeln und/oder Öffnen des Tankdeckels zugelassen wurde, kann verhindert werden, dass das On-Board-Ladegerät in einen „Bereit“-Zustand übergeht, in dem das Aufladen beginnen kann (Block 150). Dieser Schritt kann umfassen, dass das Senden eines „Tankdeckel-bereit“-Signals von einer Tankdeckel-Betätigungseinrichtung und/oder -Verriegelung oder von einer anderen Steuerung an das Ladegerät unterdrückt wird. Mit Schritt 150 einhergehend kann eine Betreiberwarnung bereitgestellt werden, um den Fahrer davon zu benachrichtigen, dass der Tankdeckel geöffnet wird (Block 160) und somit keine Batterieaufladung durchgeführt werden kann.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 4 ist ein Verfahren zum Verhindern des Aufladens einer Fahrzeugbatterie während des Durchführens von Betankung in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. Bei Block 200 verbindet ein Fahrzeugbetreiber einen Ladestecker mit einem Ladeanschluss des Fahrzeugs. Bei Block 210 prüft ein On-Board-Ladegerät oder ein anderes Steuergerät auf elektrische Vorauflade-Verbindung zwischen dem On-Board-Ladegerät und einer Ladestation/ESVE. Bei Block 220 erfolgt eine Überprüfung im Hinblick darauf, ob ein Tankdeckel in einem Betankungszulassungszustand ist, wie er beispielsweise zum Zulassen des Stattfindens von Betankung notwendig ist.
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Die Bedingungen, welche den Betankungszulassungszustand definieren oder bestimmen, können je nach der Beschaffenheit des an einem Fahrzeug verwendeten Tankdeckels variieren. Zum Beispiel würde im Falle eines Fahrzeugs mit einem verriegelbaren Tankdeckel der Betankungszulassungszustand vorliegen, wenn der Deckel entriegelt ist und daher geöffnet werden kann. Je nach der Beschaffenheit des Deckelverriegelungssystems können eine Verriegelungsbetätigungseinrichtung und/oder ein Deckelsensor die erforderlichen Informationen bereitstellen, um zu bestimmen, ob der Betankungszulassungszustand vorliegt. Im Falle eines Tankdeckels, der keine Verriegelungsfunktion aufweist, kann ein Tankdeckel-Positionssensor die erforderlichen Informationen bereitstellen, indem er erkennt, ob der Deckel ganz geschlossen oder angelehnt ist.
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Wenn der Tankdeckel in einem Betankungszulassungszustand ist (Block 200, „JA“), geht das Verfahren zu Block 230 weiter, und ein „Tankdeckel-bereit“-Signal an das On-Board-Ladegerät wird unterdrückt oder verhindert. Das „Tankdeckel-bereit“-Signal zeigt an, dass der Deckel nicht in einem Betankungszulassungszustand ist, und kann eines von einer Mehrzahl von „Bereit“-Signalen sein, die von anderen Fahrzeugsystemen benötigt werden. Das On-Board-Ladegerät lässt nicht zu, dass das Aufladen beginnt, bis alle entsprechenden/erforderlichen Bereit-Signale empfangen wurden. Zum Beispiel kann ein „Getriebe-bereit“-Signal erforderlich sein, um anzuzeigen, dass das Fahrzeuggetriebe in einem Zustand ist, der mit sicherem und wirksamem Aufladen der Batterie vereinbar ist. Auf jeden Fall kann das On-Board-Ladegerät bei Nichtvorhandensein des „Tankdeckel-bereit“-Signals nicht in den Ladezustand übergehen.
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Bei Block 240 kann eine Betreiberwarnung bereitgestellt werden, um den Betreiber davon zu benachrichtigen, dass der Tankdeckel im Betankungszulassungszustand (zum Beispiel offen oder angelehnt) ist und daher das Aufladen nicht beginnen kann.
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Wenn bei Block 220 der Tankdeckel in einem Zustand ist, der mit einem Betankungsvorgang unvereinbar ist (zum Beispiel verriegelt und/oder geschlossen), geht das Verfahren zu Block 260 weiter, bei dem das „Tankdeckel-bereit“-Signal an das On-Board-Ladegerät geliefert wird. Wie zuvor erörtert, kann das Tankdeckel-bereit-Signal eines von einer Mehrzahl von „Bereit“-Signalen sein, die erforderlich sind, bevor das Aufladen beginnen kann. Bei Block 270, entsprechend ausgestattet, werden die notwendigen Maßnahmen ergriffen, um zu verhindern, dass der Tankdeckel einen Zustand erreicht, der Betankung zulässt. In einem Fahrzeug mit einem Tankdeckel-Verriegelungssystem zum Beispiel wird verhindert, dass das Verriegelungssystem während des Durchführens von Aufladung geöffnet/entriegelt wird. In Kombination damit kann eine Betreiberwarnung bereitgestellt werden, um den Betreiber davon zu benachrichtigen, dass das On-Board-Ladegerät im Ladebereit-Zustand ist (Block 280), und/oder dass der Tankdeckel nicht geöffnet und/oder entriegelt werden kann.
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Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben. Vielmehr sind die in der Spezifikation verwendeten Wörter beschreibende statt einschränkende Wörter, und es versteht sich von selbst, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale von verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
