DE102014219744A1

DE102014219744A1 - Erkennen einer verbindung zwischen einem integrierten ladegerät und einer versorgungsausrüstung eines elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102014219744A1
Application number: DE102014219744.9A
Authority: DE
Inventors: Matthew Roger DeDona; Arthur M. Rutyna; Mark J. Ferrel; Bo Wu; Hilde Anne Heremans; Christopher W. Bell
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-04-09
Also published as: US20150097525A1; US10046661B2; CN104553845B; CN104553845A

Abstract

Elektrofahrzeuge und Steckdosenelektrofahrzeuge werden mit einer Versorgungsausrüstung eines Elektrofahrzeugs (EVSE) verbunden, um eine Traktionsbatterie wieder aufzuladen. Geltende Standards definieren die Signalschnittstelle zwischen dem Fahrzeug und der EVSE einschließlich der Pilotkontakt- und Abstandserkennungssignale. Das Fahrzeug kann den Zustand dieser Signale erkennen, wenn eine Verbindung mit der EVSE hergestellt wird. Das Fahrzeug kann eine Verbindung anzeigen, wenn die Signale widersprüchliche Zustände bereitstellen. Das Fahrzeug kann ein Wegfahren verhindern und ein Laden in dem Fall erlauben, dass ein Abstandserkennungssignal einen Verbindungszustand mit „nicht verbunden“ anzeigt, solange ein zulässiges Pilotkontaktsignal vorhanden ist. Der Zustand des Pilotkontaktsignals kann verwendet werden, um ein Wegfahren zu verhindern und ein Laden zu erlauben.

Description

Diese Anmeldung bezieht sich auf das Erkennen einer physischen Verbindung eines Fahrzeugs mit einer Versorgungsausrüstung eines Elektrofahrzeugs.
Elektrofahrzeuge und Steckdosenelektrofahrzeuge erfordern eine Schnittstelle zu externen Ladevorrichtungen. Zum Fördern von Standardschnittstellen zwischen Fahrzeug- und Ladestationherstellern wurden Industriestandards entwickelt. Einer dieser Standards ist der Standard für Ladestecker von SAE-Elektrofahrzeugen und Steckdosenhybridfahrzeugen (J1772). Der J1772-Standard definiert einen Ladestecker und das zugehörige Protokoll, das für das Übertragen von Energie an das Fahrzeug erforderlich ist. Der Standard definiert eine gemeinsame Schnittstelle, zu deren Anwendung alle Fahrzeug- und Ladestationshersteller angehalten werden. Der Standard definiert die Schnittstelle zwischen dem Fahrzeug und einer Versorgungsausrüstung eines Elektrofahrzeugs (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE). Ein Fahrzeug, das an eine kompatible EVSE angeschlossen wird, sollte in der Lage sein, gemäß dem Standard Energie zu laden.
Ein Fahrzeug umfasst ein Ladegerät und einen Ladeanschluss. Der Ladeanschluss umfasst eine Schaltung, die so konfiguriert ist, dass sie über eine Schnittstelle mit einem Pilotkontakt und einem Abstandsprüfkontakt (proximity sense conductor) der Versorgungsausrüstung eines Elektrofahrzeugs (EVSE) verbunden ist, um, wenn eine Verbindung besteht, jeweils ein Pilotsignal zwischen dem Ladegerät und der EVSE zum Steuern des Ladegeräts und ein Abstandssignal herzustellen, das den Zustand der Verbindung zwischen dem Ladeanschluss und dem EVSE anzeigt. Das Fahrzeug umfasst außerdem mindestens eine Steuereinheit, die programmiert ist, um als Reaktion auf ein zulässiges Pilotsignal und ein Abstandssignal, das eine Trennung des Ladeanschlusses von der EVSE anzeigt, zu verhindern, dass das Fahrzeug gefahren wird. Um zu verhindern, dass das Fahrzeug gefahren wird, kann die mindestens eine Steuereinheit außerdem programmiert sein, um ein Schaltverbotssignal an eine Getriebesteuereinheit zu übertragen, damit das Schalten des Fahrzeugs aus der Parkstellung verhindert wird. Um zu verhindern, dass das Fahrzeug gefahren wird, kann die mindestens eine Steuereinheit außerdem programmiert sein, ein Antriebssperrsignal an eine Antriebsstrangsteuereinheit zu übertragen, damit der Betrieb eines Verbrennungsmotors oder eines Elektromotors verhindert wird. Die Steuereinheit kann außerdem programmiert sein, um als Reaktion auf ein zulässiges Pilotsignal und ein Abstandssignal, das eine Trennung des Ladeanschlusses von der EVSE anzeigt, zu erlauben, dass eine Traktionsbatterie geladen wird. Die mindestens eine Steuereinheit kann außerdem programmiert sein, um als Reaktion auf ein Laden der Traktionsbatterie eine Entprellzeit für das Pilotsignal zu verringern. Die mindestens eine Steuereinheit kann außerdem programmiert sein, um als Reaktion auf einen Verlust des Pilotsignals für einen Zeitraum, der länger ist als die Entprellzeit, das Laden der Traktionsbatterie stoppen.
Ein Fahrzeug umfasst ein Ladegerät und einen Ladeanschluss. Der Ladeanschluss umfasst eine Schaltung, die so konfiguriert ist, dass sie über eine Schnittstelle mit einem Pilotkontakt und einem Abstandsprüfkontakt der Versorgungsausrüstung eines Elektrofahrzeugs (EVSE) verbunden ist, um, wenn eine Verbindung besteht, jeweils ein Pilotsignal zwischen dem Ladegerät und der EVSE zum Steuern des Ladegeräts, und ein Abstandssignal herzustellen, das den Zustand der Verbindung zwischen dem Ladeanschluss und dem EVSE anzeigt. Das Fahrzeug umfasst außerdem mindestens eine Steuereinheit, die programmiert ist, um als Reaktion auf ein zulässiges Pilotsignal und ein Abstandssignal, das eine Trennung des Ladeanschlusses von der EVSE anzeigt, zu erlauben, dass eine Traktionsbatterie geladen wird. Die mindestens eine Steuereinheit kann außerdem programmiert sein, um als Reaktion auf ein zulässiges Pilotsignal und ein Abstandssignal, das eine Trennung des Ladeanschlusses von der EVSE anzeigt, zu verhindern, dass das Fahrzeug gefahren wird. Die mindestens eine Steuereinheit kann außerdem programmiert sein, um als Reaktion auf ein Laden der Traktionsbatterie eine Entprellzeit für das Pilotsignal zu verringern. Die mindestens eine Steuereinheit kann außerdem programmiert sein, um als Reaktion auf einen Verlust des Pilotsignals für einen Zeitraum, der länger ist als die Entprellzeit, das Laden der Traktionsbatterie stoppen.
Ein Verfahren für das Steuern eines Fahrzeugs umfasst mindestens eine Steuereinheit, die ein Abstandssignal empfängt, das einen Zustand einer Verbindung zwischen einem Ladeanschluss und einer EVSE anzeigt, ein Pilotsignal zwischen einem Ladegerät und der EVSE empfängt und ein Laden einer Traktionsbatterie als Reaktion auf ein zulässiges Pilotsignal und ein Abstandssignal erlaubt, welches eine Trennung des Ladeanschlusses von der EVSE anzeigt. Das Verfahren kann außerdem umfassen, dass als Reaktion auf ein zulässiges Pilotsignal und ein Abstandssignal, das eine Trennung des Ladeanschlusses von der EVSE anzeigt, verhindert wird, dass das Fahrzeug gefahren wird. Das Verfahren kann außerdem umfassen, dass durch mindestens eine Steuereinheit als Reaktion, darauf, dass das Pilotsignal den Trennungszustand zwischen dem Ladeanschluss und der EVSE anzeigt, ein Verlust des Pilotsignals für einen Zeitraum erkannt wird, der länger als eine Entprellzeit ist, wobei die Entprellzeit einen ersten Wert aufweist, wenn das Abstandssignal eine Verbindung zwischen dem Ladeanschluss und der EVSE anzeigt, und einen zweiten Wert aufweist, wenn das Abstandssignal die Trennung des Ladeanschlusses von der EVSE anzeigt, wobei der erste Wert größer ist als der zweite Wert. Das Verfahren kann außerdem umfassen, dass durch mindestens eine Steuereinheit das Laden der Traktionsbatterie als Reaktion auf einen Verlust des Pilotsignals unterbrochen wird.
1 ist ein Schaubild eines Steckdosenhybridelektrofahrzeugs, das typische Antriebs- und Energiespeicherkomponenten darstellt.
2 ist ein Blockschaltbild, das eine typische Verbindungsschnittstelle zwischen einem Fahrzeug und einer EVSE darstellt.
3 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Hochvolt- und eines Niedrigvoltladesystems eines Fahrzeugs darstellt.
4 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Schaltung für ein Einschalten mithilfe eines Pilotsignaleingangs darstellt.
Hier werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die offenbarten Ausführungsformen nur Beispiele sind und weitere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet; einige Merkmale können stark vergrößert oder verkleinert sein, um Einzelheiten der speziellen Komponenten zu zeigen. Daher dürfen die hier offenbarten spezifischen strukturellen und funktionellen Einzelheiten nicht als Einschränkung interpretiert werden, sondern nur als eine typische Grundlage, um dem Fachmann zu erläutern, wie er die vorliegende Erfindung in verschiedener Weise einsetzen kann. Wie der Fachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Ausführungsformen bereit. Für spezielle Anwendungen und Umsetzungen können jedoch zahlreiche Kombinationen und Veränderungen der Merkmale erwünscht sein, die im Einklang stehen mit den Lehren dieser Offenbarung.
1 zeigt ein typisches Steckdosenhybridelektrofahrzeug (Hybrid-Electric Vehicle, HEV). Ein typisches Steckdosenhybridelektrofahrzeug 12 kann einen oder mehrere Elektromotoren 14 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die Elektromotoren 14 sind in der Lage als ein Motor oder ein Generator betrieben zu werden. Das Hybridgetriebe 16 ist außerdem mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 18 verbunden. Das Hybridgetriebe 16 ist auch mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden, die ihrerseits mechanisch mit den Rädern 22 verbunden ist. Die Elektromotoren 14 können eine Antriebs- und Bremsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 18 an- oder ausgeschaltet wird. Die Elektromotoren 14 dienen auch als Generatoren und sie können die Vorzüge einer Kraftstoffeinsparung bereitstellen, indem Energie zurückgewonnen wird, die normalerweise als Wärme in dem Reibungsbremssystem verloren gehen würde. Die Elektromotoren 14 können auch verringerte Schadstoffemissionen bereitstellen, da das Hybridelektrofahrzeug 12 unter bestimmten Bedingungen im Elektromodus betrieben werden kann.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriesatz 24 speichert Energie, die von den Elektromotoren 14 verwendet werden kann. Ein Fahrzeugbatteriesatz 24 stellt typischerweise einen Ausgang mit einem Hochvoltgleichstrom bereit. Der Batteriesatz 24 ist elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 verbunden. Das Leistungselektronikmodul 26 ist auch elektrisch mit den Elektromotoren 14 verbunden und stellt die Fähigkeit bereit, Energie in beiden Richtungen zwischen dem Batteriesatz 24 und den Elektromotoren 14 zu übertragen. Ein typischer Batteriesatz 24 kann zum Beispiel eine Gleichspannung bereitstellen, während die Elektromotoren 14 einen Dreiphasenwechselstrom benötigen können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in einen Dreiphasenwechselstrom wandeln, wie er von den Elektromotoren 14 benötigt wird. In einem Rückspeisemodus kann das Leistungselektronikmodul 26 den Dreiphasenwechselstrom von den Elektromotoren 14, die als Generatoren dienen, in die Gleichspannung wandeln, die von dem Batteriesatz 24 benötigt wird. Die hier vorliegende Beschreibung ist in gleicher Weise auf reine Elektrofahrzeuge anwendbar. Für ein reines Elektrofahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 eine Gangschaltung sein, die mit einem Elektromotor 14 verbunden ist, und der Verbrennungsmotor 18 muss nicht vorhanden sein.
Außer dem Bereitstellen von Energie für den Antrieb, kann der Batteriesatz 24 auch Energie für andere elektrische Systeme des Fahrzeugs bereitstellen. Zu einem typischen System kann ein DC/DC-Wandlermodul 28 gehören, das den Hochvoltgleichstromausgang des Batteriesatzes 24 in eine Niedrigvoltgleichstromversorgung wandelt, die mit anderen Fahrzeuglasten kompatibel ist. Andere Hochvoltlasten wie zum Beispiel Verdichter und Elektroheizungen können direkt ohne die Verwendung eines DC/DC-Wandlermoduls 28 an den Hochvoltstrom angeschlossen werden. Bei einem typischen Fahrzeug sind die Niedrigvoltsysteme elektrisch mit einer zusätzlichen 12-V-Batterie 30 verbunden.
Das Fahrzeug 12 kann ein Elektrofahrzeug oder ein Steckdosenhybridfahrzeug sein, bei dem der Batteriesatz 24 mittels einer externen Stromquelle 36 wieder aufgeladen werden kann. Die externe Stromquelle 36 kann eine Verbindung zu einer Steckdose sein. Die externe Stromquelle 36 kann mit der Versorgungsausrüstung eines Elektrofahrzeugs (EVSE) 38 elektrisch verbunden werden. Die EVSE 38 kann eine Schaltung und Steuerelemente bereitstellen, um die Energieübertragung zwischen der Stromquelle 36 und dem Fahrzeug 12 zu regeln und zu verwalten. Die externe Stromquelle 36 kann der EVSE 38 einen Gleich- oder Wechselstrom bereitstellen. Die EVSE 38 kann einen Ladestecker 40 für das Anschließen an einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann eine beliebige Art eines Anschlusses sein, um Strom von der EVSE 38 an das Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einem integrierten Stromwandlermodul 32 verbunden werden. Das Stromwandlermodul kann den Strom aufbereiten, der von der EVSE 38 geliefert wird, um dem Batteriesatz 24 die geeigneten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Stromwandlermodul 32 kann über eine Schnittstelle mit der EVSE 38 verbunden sein, um die Stromversorgung zum Fahrzeug zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 40 kann Stifte aufweisen, die zu den entsprechenden Vertiefungen des Ladeanschlusses 34 passen.
Die EVSE 38 kann ausgelegt sein, um dem Fahrzeug 12 einen Wechsel- oder Gleichstrom bereitzustellen. Zwischen einer wechselstromfähigen und einem gleichstromfähigen EVSE 38 können Unterschiede bei dem Stecker 40 und dem Ladeprotokoll bestehen. Das Bereitstellen eines Gleichstroms kann andere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich machen als ein Wechselstromanschluss. Eine EVSE 38 kann auch ausgelegt sein, um beide Stromarten bereitzustellen. Die EVSE 38 kann in der Lage sein verschiedene Pegel der Wechsel- oder Gleichspannung bereitzustellen.
Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere zugehörige Steuereinheiten aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuereinheiten können Daten über einen seriellen Bus (z.B. einen CAN-Bus, Controller Area Network bus), oder über diskrete Leitungen übertragen.
2 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild eines Ladesystems gemäß dem Standard J1772. Das Fahrzeug 12 kann ein integriertes Wandlermodul oder ein integriertes Lademodul 32 aufweisen, das die von der EVSE 38 bereitgestellte Spannung in eine mit der Batterie 24 kompatible Spannung wandelt. Eine EVSE 38 kann eine Wechselspannung bereitstellen, obwohl die Batterie 24 eine Gleichspannung benötigt. Das integrierte Ladegerät 32 kann die Wechselspannung in eine Gleichspannung wandeln, die von der Batterie 24 benötigt wird. Der Betrieb kann durch eine oder mehrere Steuereinheiten 114 in dem Fahrzeug 12 und durch eine oder mehrere Steuereinheiten 112 in der EVSE 38 gesteuert werden. Zwischen der Batterie 24 und dem Ladegerät 32, können ein oder mehrere Schütze 142 vorhanden sein. Die Ladeschütze 142 können Ausgangsleitungen 144 des Ladegeräts 32 selektiv mit den Klemmen der Traktionsbatterie 24 verbinden. Die Ladeschütze 142 können die Batterie 24 von dem Ladegerät 32 trennen, wenn die Traktionsbatterie nicht geladen wird. Wenn eine Verbindung zu den Ausgangsleitungen 144 des Ladegeräts erforderlich ist, können die Schütze 142 geschlossen werden, um die Batterie 24 mit dem Ladegerät 32 zu verbinden. Die Schütze 142 können durch ein Steuersignal 152 geöffnet und geschlossen werden, das von einer oder mehreren Steuereinheiten 114 ausgegeben wird. Die Schütze 142 können einen relaisartigen Schütz oder eine Halbleitereinheit verwenden, um ihre Funktion zu erreichen. Die Schütze 142 können geöffnet werden, wenn der Ladestecker 40 nicht an dem Ladeanschluss 34 befestigt ist.
Der EVSE-Stecker 40 wird mit dem Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs verbunden. Die physischen und funktionellen Eigenschaften der Anschlüsse werden in dem Standard J1772 definiert. Die EVSE 38 kann eine oder mehrere Hochstromleitungen 106 zu dem Fahrzeug 12 bereitstellen. Die Hochstromleitungen 106 können eine Leitung für eine Hochvoltstromversorgung und eine Rückleitung bereitstellen, um den Schaltkreis zu schließen. Die EVSE 38 kann in der Lage sein, je nach Bedarf den Eingangswechselstrom 108 mit den Hochstromleitungen 106 zu verbinden oder davon zu trennen. Die EVSE 38 kann Schütze 110 aufweisen, um die Hochstromleitungen 106 selektiv mit dem Eingangswechselstrom 108 zu verbinden. Die EVSE-Schütze 110 können durch ein Steuersignal 154 geöffnet und geschlossen werden, das von der EVSE-Steuereinheit 112 ausgegeben wird. Die Schütze 110 können einen relaisartigen Schütz oder eine Halbleitereinheit verwenden, um ihre Funktion zu erreichen. Das Steuersignal 154 kann eine Relaisspule antreiben, um das Relais zu steuern.
Zusätzlich zu den Hochstromleitungen 106 kann die EVSE 38 über Schnittstellen durch eine Anzahl von Signalleitungen (116, 120) mit dem Fahrzeug 12 verbunden sein, um das Steuern des Ladeprozesses zu unterstützen. Die Signalleitungen übertragen Niedrigstromsignale, die eine Schnittstelle zwischen dem Steuermodul 112 der EVSE 38 und der Steuereinheit 114 in dem Fahrzeug 12 bereitstellen. Die EVSE-Steuerschaltung 112 kann ein Mikroprozessorsystem umfassen, das eine Fähigkeit aufweist, um die Eingangswerte zu verarbeiten und passende Ausgangssignale zu erzeugen. Die Steuereinheiten (114, 112) können geeignete Analog/Digital-Wandlerschaltungen umfassen, um den Spannungspegel der Signale zu messen.
Diese Signale können überwacht werden, um zu ermitteln, ob ein EVSE-Stecker 40 an den Ladeanschluss 34 angeschlossen ist. Das Erkennen einer Verbindung ist wichtig, da es eine Anzeige bereitstellen kann, dass ein Laden möglich ist und auch um zu vermeiden, dass ein Fahrer wegfährt, während ein EVSE-Stecker 40 an dem Fahrzeug 12 befestigt ist. Ein Abstandssignal 116 kann definiert werden, das den Zustand einer Verbindung zwischen dem Ladeanschluss 34 und dem EVSE-Stecker 40 anzeigt. Die Spannung des Abstandseingangs 116, der durch die Steuereinheit 114 gemessen wird, kann auf der Grundlage der Konfiguration verschiedener Widerstände in dem Schaltkreis variieren.
Zusätzlich zu den Signalverbindungen kann durch den EVSE-Stecker 40 ein Erdanschluss 118 bereitgestellt werden. Der Erdanschluss 118 kann einen Pfad zu dem Erdungspunkt 146 der EVSE 38 bereitstellen. Die entsprechende Verbindung zu dem Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs kann mit einem Erdanschluss 148 des Fahrzeugs 12 verbunden werden. Wenn der EVSE-Stecker 40 an den Ladeanschluss 34 angeschlossen wird, können die EVSE-Erdung 146 und die Fahrzeugerdung 148 auf einem gemeinsamen Pegel liegen. Die gemeinsame Erdung 146 erlaubt beiden Steuereinheiten, den gleichen Pegel der Spannungen auf den Signalleitungen (120, 116) zu ermitteln. Die Spannung des Abstandserkennungseingangs 116 an dem Eingang der Steuereinheit 114 variiert in Abhängigkeit von dem Spannungsteilernetzwerk, das durch die Widerstandswerte in dem EVSE-Stecker 40 und dem Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs erzeugt wird. In einem getrennten Zustand kann das Abstandssignal 116 eine Spannung aufweisen, die das Ergebnis einer Spannungsteilerschaltung ist, die aus den Widerständen R4 124 und R5 126 in Bezug zur Fahrzeugerdung 148 besteht. Die ungefähre Spannung, die an der Steuereinheit 114 gemessen wird, kann 5 V·(R5/(R5 + R4) betragen. Eine Spannung auf diesem Pegel kann eine Trennung zwischen dem Ladeanschluss 34 und der EVSE 38 anzeigen.
Wenn der EVSE-Stecker 40 in den Ladeanschluss 34 gesteckt ist und die Stifte einen Kontakt hergestellt haben, können die Widerstände R6 128 und R7 132 parallel zum Widerstand R5 126 geschaltet sein. Dies verändert das Spannungsteilernetzwerk und ändert die Spannung, die am Abstandserkennungseingang 116 gemessen wird. Der EVSE-Stecker 40 kann eine Taste oder eine Rastklinke aufweisen, die einen Schalter S3 130 betreibt. Die Taste oder Rastklinke können den Zustand des Schalters S3 130 ändern, wenn der EVSE-Stecker 40 angeschlossen oder abgezogen wird. Wenn der Schalter S3 130 offen ist, befindet sich die Reihenkombination R6 128 und R7 132 parallel zu R5 126. Wenn der Schalter S3 130 geschlossen ist, befindet sich R6 128 parallel zu R5 126. In jedem Fall ändert die von der Steuereinheit 114 gemessene Spannung die Pegel. Durch das Messen der Spannung des Abstandserkennungsstifts 116 kann die Fahrzeugsteuereinheit 114 sowohl ermitteln, ob der EVSE-Stecker 40 befestigt ist, als auch den Zustand des Schalters S3 130. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass eine Steuereinheit 114 einen unterschiedlichen Spannungswert ablesen kann, wenn der Ladestecker 40 nicht angeschlossen ist, wenn der Ladestecker 40 bei geöffnetem Schalter S3 130 angeschlossen ist und wenn der Ladestecker 40 bei geschlossenem Schalter S3 130 angeschlossen ist.
Ein Pilotkontaktsignal 120 kann vorhanden sein. Der SAE-Standard definiert das Verhalten des Pilotkontaktsignals 120. Das Pilotsignal 120 wird verwendet, um den Ladeprozess zu steuern. Das Fahrzeug 12 und die EVSE 38 sind dafür vorgesehen, das Pilotsignal 120 zu überwachen und gemäß dem Zustand des Signals zu reagieren. Die EVSE-Steuereinheit 112 kann das Pilotsignal 120 in Abhängigkeit von dem Ladezustand mit Ausgangswerten von 12 V, –12 V oder einem PWM-Ausgang verbinden. Wenn der EVSE-Stecker 40 von dem Ladeanschluss 34 getrennt ist, kann die EVSE-Steuereinheit 112 den Stift des Pilotsignals 120 mit +12 V verbinden. Wenn der Stecker 40 von dem Ladeanschluss 34 getrennt ist, kann die Fahrzeugsteuereinheit 114 einen Wert in der Nähe von Null Volt messen, da das Pilotsignal 120 über den Widerstand R3 138 mit der Fahrzeugerdung 148 verbunden ist. Ein Pilotsignal 120, das von der Fahrzeugsteuereinheit 114 mit einem Wert in der Nähe von Null Volt gemessen wird, kann einen Zustand einer Trennung des EVSE-Steckers 40 von dem Ladeanschluss 34 anzeigen und kann ein standardmäßiges Fahrzeugpilotsignal 120 darstellen.
Sobald der EVSE-Stecker 40 an den Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs angeschlossen ist, können die von der EVSE-Steuereinheit 112 kommenden +12 V dem Pilotsignalschaltkreis des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Wenn der Stecker 40 angeschlossen ist und mit dem Ladeanschluss 34 verbunden ist, kann die Spannung an dem Stecker definiert werden durch den Spannungsteiler, der von den Widerständen R1 134 und R3 138 in Bezug zur Erdung 146 gebildet wird. Die resultierende Spannung kann der Fahrzeugsteuereinheit 114 und der EVSE-Steuereinheit 112 anzeigen, dass der Stecker 40 an den Ladeanschluss 34 angeschlossen ist und ein zulässiges Pilotsignal 120 darstellt. Unter normalen Bedingungen kann das Abstandserkennungssignal 116 den gleichen Verbindungszustand anzeigen.
Als Reaktion auf eine hergestellte Verbindung kann die Fahrzeugsteuereinheit 114 einen Schalter S2 140 schließen, der den Widerstand R2 136 parallel zum Widerstand R3 138 schaltet. Der Schalter S2 140 kann normalerweise offen sein. Der Schalter S2 140 kann durch die Fahrzeugsteuereinheit 114 über ein Steuersignal 158 gesteuert werden. Der Schalter S2 140 kann ein Relais oder eine Halbleiterschalteinheit sein. Die Fahrzeugsteuereinheit 114 sollte den Schalter S2 140 schließen, wenn sie ermittelt, dass das Fahrzeug 12 bereit ist, Energie von der EVSE 38 anzunehmen. Eine Bedingung für das Schließen des Schalters S2 140 kann sein, dass sich das Fahrzeug in einem geeigneten Haltezustand befindet. Die Bedingung kann umfassen, dass es sich in einem geparkten Zustand oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit von Null befindet. Das Schließen des Schalters S2 140 verändert den Spannungsteiler, der von R1 134 und R3 138 gebildet wird, indem der Widerstand R2 136 parallel zum Widerstand R3 138 geschaltet wird, und der Spannungspegel des Pilotsignals 120 kann verändert werden. Die Steuereinheiten (112, 114) können den Spannungspegel des Pilotkontakts 120 überwachen, um den aktuelle Zustand des Pilotsignals 120 auf der Grundlage der Spannungsmessung zu ermitteln.
Sobald ermittelt wird, dass das Fahrzeug 12 bereit ist, Energie von der EVSE 38 aufzunehmen, kann die EVSE-Steuereinheit 112 der Pilotleitung 120 ein PWM-Signal mit einer definierten Frequenz bereitstellen. Der Arbeitszyklus des PWM-Signals kann proportional sein zu der Strommenge, die von der EVSE 38 bereitgestellt werden kann. Das Pilotsignal 120 kann als zulässig betrachtet werden, wenn sich die Frequenz und der Arbeitszyklus des PWM-Signals innerhalb vordefinierter Grenzen befinden. Sobald das Fahrzeug 12 bereit ist Energie von der EVSE 38 aufzunehmen, können die Schütze 110 für das Einspeisen von Energie in das Fahrzeug 12 geschlossen werden. Der Standard J1772 definiert die Datenflusskontrolle und den Zeitablauf der Änderungen in den Signalzuständen.
Das Fahrzeug 12 kann die Hochstromleitungen 106 und die Niedrigstromsignalleitungen 116, 120 als Teil einer Diagnosefunktion überwachen. Wenn in einer der Leitungen eine Fehlerbedingung erkannt wird, kann das Laden gestoppt werden. Es gibt verschiedene Fehlerquellen für die Niedrigstromsignale. Der EVSE-Stecker 40 kann nicht ordnungsgemäß angeschlossen oder nicht ordnungsgemäß mit dem Ladeanschluss 34 verbunden sein, was einen schlechten Kontakt zwischen den Stiften verursacht. Die Stifte des EVSE-Steckers 40 können verbogen oder beschädigt sein und nicht in der Lage sein eine ordnungsgemäße Verbindung mit den zugehörigen Vertiefungen in dem Ladeanschluss 34 herzustellen. Die Niedrigstromsignale können in dem Stecker 40, der EVSE 38, dem Ladeanschluss 34 oder irgendwo in dem Fahrzeug 12 kurzgeschlossen sein. Außerdem können die Schalter (130, 140) in einer geöffneten oder geschlossenen Stellung blockiert sein. Fehlerbedingungen können aufgrund von Abnutzung, Alter oder anderen Mängeln auftreten. Während des normalen Betriebs kann jedes der Signale einen übereinstimmenden Anschlusszustand für die Verbindung bereitstellen. Es kann immer noch möglich sein, den Anschlusszustand abzuleiten, wenn ein oder mehrere Signale fehlerhaft sind.
Eine wichtige Entscheidung für die Fahrzeugsteuereinheit 114 ist es, zu erkennen, wenn der EVSE-Stecker 40 mit dem Ladeanschluss 34 verbunden ist, um zu ermitteln, wann Energie von der EVSE 38 aufgenommen werden kann. Die Entscheidung kann Faktoren wie zum Beispiel ein Maximieren von Sicherheit und Ladezeit in Betracht ziehen. Um zum Beispiel die Ladeverfügbarkeit zu maximieren, kann es wünschenswert sein, ein Laden beim Vorhandensein kleinerer Signalprobleme zu erlauben, wenn es möglich ist, den Verbindungszustand anhand der verfügbaren Signale festzustellen. Außerdem kann es erwünscht sein, zu verhindern, dass das Fahrzeug 12 gefahren wird, wenn eines der Signale erscheint, um anzuzeigen, dass ein Ladestecker 40 an dem Fahrzeug 12 befestigt ist.
Die Fahrzeugsteuereinheit 114 kann ermitteln, wenn die EVSE 38 an das Fahrzeug 12 angeschlossenen ist. Die Steuereinheit 114 kann den Anschlusszustand des Steckers aus dem Abstandserkennungssignal 116 ermitteln, das den Zustand des Schalters S3 130 umfasst. Die Steuereinheit 114 kann ermitteln, dass der EVSE-Stecker 40 angeschlossen ist, wenn das Abstandserkennungssignal 116 unabhängig von dem Zustand des Schalters S3 130 erkannt wird. Die Steuereinheit 114 kann außerdem ermitteln, dass der Ladestecker 40 angeschlossen ist, wenn auf den Hochstromleitungen 106 unabhängig von dem Zustand des Abstandssignals 116 eine Spannung erkannt wird. Die Steuereinheit 114 kann erkennen, dass der EVSE-Stecker 40 angeschlossen ist, wenn ein zulässiges Pilotsignal 120 erkannt wird. Im Idealfall zeigen alle Signale den gleichen Zustand der Verbindung an. In der Praxis ist es jedoch möglich, dass ein oder mehrere Signale einen unterschiedlichen Zustand anzeigen können oder ausgefallen sein können. Um die Ladeverfügbarkeit zu maximieren und um ein Wegfahren zu verhindern, kann es wünschenswert sein, ein Laden beim Vorhandensein einer Ungewissheit in einigen der Signale zu erlauben.
Die Leiterbahn des Abstandserkennungseingangs 116 kann einen Zustand einer Verbindung zwischen dem Ladeanschluss 34 und dem EVSE-Stecker 40 anzeigen. Während des normalen Betriebs des Abstandserkennungseingangs 116 wird eine Verbindung erkannt, wenn der EVSE-Stecker 40 in den Ladeanschluss 34 gesteckt wird. Sollte der Abstandserkennungseingang 116 nicht korrekt funktionieren, kann der Abstandserkennungseingang 116 einen unzulässigen Zustand für den aktuellen Zustand der Verbindung zwischen dem EVSE-Stecker 40 und dem Ladeanschluss 34 anzeigen. Der Abstandserkennungseingang 116 muss zum Beispiel eine Spannung aufgrund eines verbogenen Stiftes nicht ändern, wenn ein EVSE-Stecker 40 an den Ladeanschluss 34 angeschlossen ist. Der Zustand der Verbindung zwischen dem Ladeanschluss 34 und dem EVSE-Stecker 34 kann durch das Vorhandensein eines zulässigen Pilotkontaktsignals 120 oder durch das Vorhandensein einer Wechselspannung 106 an dem Ladegerät 32 festgestellt werden. In dem Fall, dass ein unzulässiges Abstandssignal für den Zustand der Verbindung erkannt wird, kann die Steuereinheit 114 verhindern, dass das Fahrzeug gefahren wird, und sie kann auch ein Laden der Traktionsbatterie 14 erlauben.
Die Steuereinheit 114 kann auf verschiedene Weise verhindern, dass das Fahrzeug gefahren wird. Es kann ein Signal an eine Getriebesteuereinheit übertragen werden, um einen Schaltvorgang zu vermeiden, wodurch der Fahrer daran gehindert wird, die Fahrstufe des Fahrzeugs aus der Parkstellung zu bewegen. An eine Verbrennungsmotorsteuereinheit und an eine Elektromotorsteuereinheit kann ein Antriebssperrsignal gesendet werden, um den Betrieb des Verbrennungsmotors und der Elektromotoren zu verhindern, sodass kein Antriebsdrehmoment erzeugt werden kann. Außerdem kann die Steuereinheit eine Anzeige auf einem Bildschirm 150 ausgeben, um dem Fahrer die Rückmeldung zu geben, dass der Stecker 40 an den Ladeanschluss 34 angeschlossen ist.
Das Signal des Abstandserkennungseingangs 116 kann die Zustände der Verbindung auf der Grundlage der Spannung des Abstandseingangssignals 116 und dem Zustand des Schalters S3 130 anzeigen. Ein Zustand, der eine Trennung anzeigt, kann erkannt werden, wenn die Spannung des Signals des Abstandserkennungseingangs 116 auf einem Pegel ist, der von dem Spannungsteiler definiert wird, der aus den Widerständen R4 124 und R5 126 gebildet wird. Ein Zustand der eine Verbindung bei einem geschlossenen Schalter S3 130 anzeigt, kann erkannt werden, wenn die Spannung auf einem Pegel ist, der von dem Spannungsteiler definiert wird, der aus dem Widerstand R4 124 und der parallelen Kombination aus R5 126 und R6 128 gebildet wird. Ein Zustand der eine Verbindung bei einem geschlossenen Schalter S3 130 anzeigt, kann erkannt werden, wenn die Spannung auf einem Pegel ist, der von dem Spannungsteiler definiert wird, der aus dem Widerstand R4 124 und der parallelen Kombination aus R5 126 und der dazu parallel geschalteten Summe des Widerstände R6 128 und R7 132 gebildet wird. Ein nicht ermittelbarer Zustand kann erkannt werden, wenn die gemessene Spannung nicht in der Nähe anderer Spannungszustände ist (z.B. kurzgeschlossen zur Erdung oder zur Stromversorgung). Der nicht ermittelbarer Zustand kann betrachtet werden als eine Anzeige einer Trennung, da andernfalls das Vorhandensein einer dauerhaften Verbindung angenommen werden muss, die verhindert, dass das Fahrzeug gefahren wird, wenn tatsächlich kein Stecker angeschlossen ist. In dem nicht ermittelbaren Zustand kann der Zustand der Verbindung über ein zulässiges Pilotkontaktsignal 120 festgestellt werden. Der nicht ermittelbare Zustand kann einen Diagnosecode speichern, um den Fehlerstatus des Abstandssignals anzuzeigen. Außerdem kann der Verbindungszustand aus dem Zustand des Pilotsignals 120 festgestellt werden. Für jeden Zustand beruht der Verbindungszustand wie er durch den Abstandserkennungseingang 116 ermittelt wird auf einer unterschiedlichen Spannungspegelmessung.
In den Schalter S3 130 ist typischerweise eine Rastklinke integriert, die den EVSE-Stecker 40 während des Ladens in der richtigen Stellung hält. Eine Taste an dem Griff des Ladesteckers 40 kann die Rastklinke freigeben und den Schalter S3 130 öffnen. Der Schalter S3 130 ist normalerweise in einer geschlossenen Stellung. Das Drücken des Schalters S3 130 bedeutet typischerweise, dass die Rastklinke ausgerastet wird, sodass der EVSE-Stecker 40 aus dem Ladeanschluss 34 entfernt oder in ihn gesteckt werden kann. Wenn die Taste gedrückt wird, bewegt sich der Schalter S3 130 in eine geöffnete Stellung. Ein Erkennen, dass der Schalter S3 130 gedrückt wurde, erlaubt der EVSE 38 und dem Fahrzeug 12, sich auf das Starten vorzubereiten und den Ladeprozess zu beenden. Die dem Schalter S3 130 zugehörige physische Einrasteinheit kann dazu neigen, sich abzunutzen, zu zerbrechen oder anderweitig beschädigt zu werden. Unter einigen Bedingungen kann die Rastklinke nicht richtig einrasten, wenn der EVSE-Stecker 40 mit dem Ladeanschluss 34 verbunden wird, und der Schalter S3 130 kann in der geöffneten Stellung blockiert werden. Praktisch besteht die Möglichkeit, dass der Schalter S3 130 in einer geöffneten oder geschlossenen Stellung blockiert sein kann. Da der Schalter S3 130 mit der Zeit unzuverlässig werden kann, kann es für das Ladesystem nicht wünschenswert sein, sich für das Steuern des Ladeprozesses auf den Schalter S3 130 zu verlassen. Wenn die Verbindung besteht und der Ladenvorgang läuft, kann das Erkennen, dass der Schalter S3 130 offen ist, ein kontrolliertes Abschalten des Ladevorgangs auslösen als Vorgriff darauf, dass der EVSE-Stecker 40 von dem Ladeanschluss 34 getrennt wird.
Sobald erkannt wird, dass der Schalter S3 130 offen ist, kann die Steuereinheit 114 die Hochvoltausgänge 144 des Ladegeräts 32 sofort sperren. Die Steuereinheit 114 kann dem Schalter S2 140 erlauben, während einer vorbestimmten Zeitdauer geschlossen zu bleiben. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer, wenn der Schalter S3 130 weiterhin als offen erkannt wird, kann der Schalter S2 140 geöffnet werden, um weitere Ladevorgänge zu verhindern. Wenn der Schalter S3 130 in die geschlossene Stellung zurückkehrt, bevor die vorbestimmte Zeitdauer endet, kann die Stromwandlung neu gestartet werden. Außerdem können sowohl der Zustand des Abstandseingangs 116 als auch das Pilotsignal 120 überwacht werden.
Das Erkennen, dass ein Schalter S3 130 in der geöffneten Stellung blockiert ist, kann ein Überwachen des Abstandserkennungssignals 116 nach dem Anschließen erforderlich machen. Dies kann erkannt werden, wenn die Steuereinheit 114 mit dem Pilotkontaktsignal 120 hochgefahren wird und ein zulässiger Abstandseingang 116 erkannt wird. Dieser Abstandseingang 116 kann anzeigen, dass sich der Schalter S3 130 in der geöffneten Stellung befindet. Wenn der EVSE-Stecker 40 angeschlossen und mit dem Ladeanschluss 34 verbunden wird, kann die Steuereinheit 114 erwarten, dass sich der Schalter S3 130 in einer geschlossenen Stellung befindet. Die Steuereinheit 114 kann eine vorbestimmten Zeitdauer (z.B. 10 Sekunden) auf die Spannung des Abstandssignals 116 warten, um anzuzeigen, dass der Schalter S3 130 geschlossen ist. Während dieser Zeit kann das Laden verboten sein und der Schalter S2 140 kann offenbleiben. Nach der vorbestimmten Wartezeit kann der Schalter S2 140 geschlossen werden, um zu erlauben, dass das Laden beginnt. Wenn die Spannung des Abstandssignals 116 anzeigt, dass der Schalter S3 130 während der Wartezeit geschlossen wurde, kann der normale Ladevorgang begonnen werden.
Die Steuereinheit 114 kann den Schalter S2 140 schließen, wenn sich das Fahrzeug in einem geeigneten nicht angetriebenen Zustand befindet. Das Ladesystem kann das Schließen des Schalters S2 140 so lange verzögern, bis der Schalter S3 130 geschlossen ist. Dies kann eine hohe Spannung auf der Ladeseite des EVSE-Schützes 110 vermeiden, welche den EVSE-Lötprüftest stören kann. Diese Bedingung ist wichtig, wenn von dem Bediener mehrere aufeinanderfolgende Aktionen am Schalter S3 130 ausgeführt werden.
In Bezug auf 2 kann die in das Fahrzeug integrierte Ausrüstung (38, 40) Diagnosebedingungen aufweisen, die verhindern, dass das Fahrzeug 12 geladen wird. Die Fahrzeugsteuereinheit 114 kann den Zustand der Eingänge verwenden, um die Betriebsbedingungen abzuleiten und Diagnosestrategien auszuführen, um ein Laden zu erlauben und ein Wegfahren zu verhindern. Spezielle Vorsichtsmaßnahmen können aktiviert werden, um einen sicheren Ladevorgang sicherzustellen und das Laden bei Bedarf zu unterbrechen. Die in das Fahrzeug integrierte Steuereinheit 114 kann die EVSE-Eingangsbedingungen überwachen und bei dem Vorhandensein eines Eingangsdiagnosecodes die spezifizierten Aktionen ausführen, um eine Bedingung abzumildern, die ein Laden verhindert. Die Steuereinheit 114 kann zum Beispiel ein Laden mit Diagnosecodes für eine Schaltung einer Abstandserkennung 116 oder mit einem blockierten Schalter S3 130 erlauben. Die Steuereinheit 114 kann melden, dass ein Stecker mit nur einem zulässigen Pilotkontaktsignal 120 für den Wegfahrschutz erkannt wurde. Die Steuereinheit 114 kann eine verbesserte Überwachung bei der Steckertrennung für ein schnelles Sperren der Stromwandlung bereitstellen, um das Laden sicher zu stoppen.
Die Steuereinheit 114 kann einen plötzlichen Verlust eines Hochvoltstroms 106 und einen Verlust des Pilotsignals 120 erkennen, während das Ladegerät in einem Bereitschaftszustand ist. Nach dem Erkennen kann die Steuereinheit 114 ein „nicht bereit“ melden und mit einem Abschalten weitermachen. Das Ereignis kann wiederherstellbar sein, wenn ein zulässiges Pilotsignal 120 vorhanden ist, um einen Neustart auszuführen. Für den Verlust des Hochvoltstroms 106 selbst muss nicht unbedingt ein Diagnosecode eingestellt werden. Die Steuereinheit 114 kann anfänglich einen Verlust des Hochvoltstroms 106 und des Pilotsignals 120 erkennen, obwohl das Abstandssignal 116 einen Verbindungszustand anzeigt. Die Stromwandlung kann sofort unterbrochen werden. Die Steuereinheit 114 kann für eine vorbestimmte Zeitdauer weiterhin einen Verlust des Hochvoltstroms 106 und des Pilotsignals 120 erkennen, um die Bedingung zu entprellen (z.B. 3 Sekunden). Nach der vorbestimmten Entprellzeit kann die Steuereinheit 114 auf eine Nicht-bereit-Bedingung wechseln und ein Abschalten ausführen. Die Steuereinheit 114 kann sich von dem EVSE-Prozess lösen, indem der Schalter S2 140 geöffnet wird. Sollten der Hochvoltstrom 106 und das Pilotsignal 120 vor der vorbestimmten Entprellzeit auf ihre normalen Pegel zurückkehren, kann die Stromwandlung neu gestartet werden.
Es können Bedingungen vorhanden sein, bei denen der EVSE-Stecker 40 mit dem Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs verbunden wird, die Eingänge aber unterschiedliche Verbindungszustände anzeigen. Das Pilotsignal 120 kann zulässig sein, aber das Abstandssignal 116 kann einen Trennungszustand anzeigen. In dieser Situation kann ein normales Laden erlaubt sein und ein Diagnosecode des Abstandssignals kann für nachfolgende Einschaltzyklen gespeichert werden. Sobald das nächste Fahrzeugsystem nach dem Erkennen des Abstandsdiagnosecodes eingeschaltet wird, kann die Steuereinheit 114 den vorhergehen Diagnosecode des Abstandssignals melden. Dies kann dem Fahrer die Notwendigkeit mitteilen, die EVSE 38 auf mögliche Probleme zu prüfen. Eine Anzeige 150 kann in dem Fahrzeug vorhanden sein und die Steuereinheit 114 kann eine Ausgabe bereitstellen, um den Zustand der Anzeige zu ändern. Die Anzeige 150 kann eine Lampe oder eine Zustandsnachricht auf einem Bildschirm sein. Nach einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Ladezyklen mit dem gleichen Problem, kann ein dauerhafter Diagnosecode gespeichert werden und die Anzeige 150 kann gesetzt werden, bis die Bedingung repariert ist. Nachdem die Bedingung repariert wurde und die Signale wie erwartet gemessen wurden, kann der Diagnosecode des Abstandssignals aus dem Speicher gelöscht werden.
Die Steuereinheit 114 kann einen blockierten Schalter S3 130 erkennen, wenn das Abstandssignal 116 ordnungsgemäß mit dem Schalter S3 130 verbunden ist. Diese Bedingung kann erkannt werden, wenn ein zulässiges Pilotsignal 120 oder eine Eingangswechselspannung 106 kontrolliert wird, ohne dass der Schalter S3 als geschlossen erkannt wurde. Die anfängliche Spannungsmessung des Abstandssignals sollte einen geschlossenen Schalter S3 130 anzeigen, da der Schalter S3 130 schließen sollte, wenn ein Stecker 40 an den Ladeanschluss 34 angeschlossen wird. Es kann erforderlich sein, dass diese Bedingung für eine vorbestimmte Zeitdauer vorhanden ist, bevor ein Diagnosecode angezeigt wird, um die Bedingung zu entprellen und die Bedingung von der eines Bedieners zu unterscheiden, der den Schalter 130 offen hält. Ein blockierter Schalter S3 130 kann den Ladeprozess nicht beeinträchtigen, da er erkennbar ist, wenn der EVSE-Stecker 40 angeschlossen und mit dem Ladeanschluss 34 verbunden wird und das Abstandssignal 116 auf einem Spannungspegel ist, der einen Verbindungszustand anzeigt. Ein normales Laden kann erlaubt sein, wenn die Bedingung erkannt wird. Außerdem muss diese Bedingung dem Bediener nicht mitgeteilt werden, ausgenommen wenn sie während einer vorbestimmten Anzahl von Ladezyklen aufgetreten ist.
Die Steuereinheit 114 kann erkennen, dass ein Hochvoltstrom 106 vorhanden ist, wenn er nicht angefordert wurde. Dies kann erkannt werden, indem die Hochvoltstromleitungen 106 überwacht werden und eine Spannung erkannt wird, obwohl der Schalter S2 140 ein Befehl zum Öffnen erhalten hat. Wenn der Schalter S2 140 offen ist, bedeutet dies normalerweise, dass der Hochvoltstrom 106 nicht an dem Stecker 40 anliegen sollte. Außerdem sollte der Hochvoltstrom 106 in der Abwesenheit eines zulässigen Pilotkontaktsignals 120 und eines Abstandserkennungseingangs 116, der einen Verbindungszustand anzeigt, nicht vorhanden sein. Die Steuereinheit 114 kann dem System anzeigen, dass der Stecker 40 angeschlossen ist und kann einen Diagnosecode einstellen. Das Ladesystem kann sich abschalten, um Energie zu sparen.
Die Steuereinheit 114 kann erkennen, dass ein Hochvoltstrom 106 vorhanden ist, wenn er vorhanden sein sollte. Der Hochvoltstrom 106 sollte zur Verfügung stehen, nachdem der Schalter S2 140 geschlossen wurde. Die Steuereinheit 114 kann die Hochvoltstromleitungen 106 für einen Zeitraum überwachen, nachdem der Schalter S2 140 geschlossen wurde. Wenn der Hochvoltstrom 106 innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer nicht erkannt wurde, kann ein Diagnosecode eingestellt werden. Das Ladesystem kann abgeschaltet werden, wenn diese Bedingung erkannt wird.
Die Steuereinheit 114 kann ein unzulässiges Pilotkontaktsignal 120 erkennen. Das unzulässige Pilotsignal 120 kann erkannt werden, wenn der Schalter S2 140 geschlossen wird und der Abstandseingang 116 einen Verbindungszustand anzeigt. Das Pilotsignal 120 kann hinsichtlich eines Signalverlusts überwacht werden, in dem ein Arbeitszyklus von Null erkannt wird, der anzeigt, dass die Pilotschaltung offen sein kann. Das Pilotsignal 120 kann hinsichtlich eines Stromkurzschlusses in dem Fahrzeug überwacht werden. Das Pilotsignal 120 kann überwacht werden, um zu erkennen, ob sich das Signal in geeigneten Arbeitszyklus- und Frequenzbereichen befindet, wie sie in den Betriebsspezifikationen definiert werden. Es kann erforderlich sein, dass das unzulässige Signal während eines ersten vorbestimmten Intervalls vorhanden ist, um die Bedingung ordnungsgemäß zu entprellen. Wenn die unzulässige Bedingung während des vorbestimmten Intervalls vorhanden war, kann die Stromwandlung unterbrochen werden. Das Ladesystem kann abgeschaltet werden, wenn das unzulässige Signal während eines zweiten längeren Intervalls vorhanden war. Nach dem Abschalten kann der Schalter S2 140 geöffnet werden und ein Diagnosecode kann gespeichert werden. Dem Bediener kann eine Diagnoseanzeige 150 dargestellt werden.
Beim Einschalten kann ein fehlerhaftes Pilotkontaktsignal 120 erkannt werden. Bei einer Einschaltbedingung kann das Ladesystem ausgeschaltet sein und ein hoher Pegel des Pilotkontakts 120 fährt das Ladegerät hoch. Während des Einschaltens ist der Schalter S2 140 offen und das Abstandssignal 116 kann einen Verbindungszustand anzeigen. Wenn unter diesen Bedingungen ein fehlerhaftes Pilotsignal 120 erkannt wird, kann das Laden nicht gestartet werden und der Schalter S2 140 kann offenbleiben. Sollte die fehlerhafte Bedingung während einer vorbestimmten Zeitdauer bestehen, kann ein Diagnosecode gespeichert werden und dem Bediener kann eine Diagnoseanzeige 150 angezeigt werden.
Die Steuereinheit 114 kann ein fehlerhaftes Abstandserkennungssignal 116 identifizieren. Die Steuereinheit 114 kann eine Bedingung einer offenen Schaltung oder eine Bedingung einer kurzgeschlossenen Schaltung erkennen, sodass die Steuereinheit nicht ermitteln kann, ob der EVSE-Stecker 40 an den Ladeanschluss 34 angeschlossen ist. Die Bedingung kann erkannt werden, wenn eine Unstetigkeit in einer elektrischen Schaltung innerhalb des Ladeanschlusses 34 auftritt. Jede Änderung, die das Spannungsteilernetzwerk ändert, kann erkannt werden. Jede Spannungsmessung, die nicht einer der bekannten Widerstandskombinationen entspricht, kann verdächtig sein. Eine solche Bedingung kann erkannt werden, ohne dass ein EVSE-Stecker 40 angeschlossen ist. Ohne einen angeschlossenen EVSE-Stecker 40 kann ein nicht ermittelbarer Zustand erkannt werden. Außerdem kann eine offene Bedingung oder eine Kurzschlussbedingung in dem EVSE-Stecker 40 das Spannungsteilernetzwerk beeinträchtigen, was zu einem nicht ermittelbaren Zustand des Abstandseingangs 116 führt. Unter der Annahme, dass das Pilotsignal 120 und der Hochvoltstrom 106 als ordnungsgemäß funktionierend erkannt werden, kann die Steuereinheit 114 immer noch ein Laden ohne das Melden eines Diagnosecodes erlauben. Ein Diagnosecode kann gespeichert und ein Laden verhindert werden, wenn das Pilotsignal 120 und der Hochvoltstrom 106 als nicht verbunden oder unzulässig erkannt werden.
Die Steuereinheit 114 kann ein Laden erlauben ungeachtet des Zustands des Abstandseingangs 116. Wenn ein Diagnosecode des Abstandseingangs 116 vorhanden ist, kann das Erkennen des Drückens der Taste des Schalters S3 130 nicht zur Verfügung stehen, da dies als Teil des Erkennens des Abstandseingangs 116 erkannt wird. Eine alternative Ladeunterbrechungsstrategie kann erforderlich sein, wenn der Abstandseingang 116 nicht, wie erwartet, funktioniert. Eine Stromwandlung kann unterbrochen werden, wenn der Zustand des Pilotsignals 120 eine Änderung von einem Verbindungszustand zu einem Trennungszustand anzeigt. Wenn der Abstandseingang 116 einen Trennungszustand anzeigt, obwohl ein zulässiges Pilotsignal 120 vorhanden ist, kann eine Entprellzeit für das Pilotsignal 120 verringert werden, um ein schnelleres Erkennen der Abtrennung des EVSE-Steckers 40 zu erlauben. Unter normalen Bedingungen kann die Entprellzeit des Pilotkontakts 120 zum Beispiel 5 Sekunden betragen, dies bedeutet, dass erlaubt wird, den Zustand zu ändern, wenn der Zustand für 5 Sekunden vorhanden ist. Wenn das Abstandssignal 116 in Bezug auf den Verbindungszustand nicht mit dem Pilotkontakt 120 übereinstimmt, kann die Entprellzeit auf 1 Sekunde eingestellt werden. Der fehlerhafte Abstandseingang 116 kann erkannt werden, bevor das Laden des Fahrzeugs beginnt. Das Fahrzeug 12 kann auf der Grundlage eines zulässigen Pilotsignals 120 mit dem Laden beginnen. Wenn das Pilotsignal 120 einen Trennungszustand anzeigt, kann der Ladeprozess unterbrochen werden. Der EVSE-Stecker 40 kann erneut angeschlossen werden und das Laden kann erneut gestartet werden, vorausgesetzt, dass ein geeignetes Pilotsignal 120 erkannt wurde. Der fehlerhafte Abstandseingang 116 kann einen Diagnosecode speichern und der Bediener kann eine Anzeige 150 des fehlerhaften Abstandseingangs 116 empfangen.
Wenn der Hochvoltstrom 106 eine Art von Wechselstrom ist (Alternating Current, AC), kann die Steuereinheit 114 die Frequenz der Spannung überwachen. Wenn das Pilotsignal 120 und das Abstandssignal 116 richtig funktionieren, können die Hochvoltleitungen 106 überwacht werden, um sicherzustellen, dass die richtige Spannung vorhanden ist. Fehler des Pilotsignals 120 und des Abstandssignals 116 können einen Vorrang über Fehler der Wechselstromeingangsfrequenz haben. Die Wechselstromleitung 106 kann während einer vorbestimmten Zeit nach dem Auftreten des Pilotsignals 120 überwacht werden und der Schalter S2 140 wird geschlossen. Die Steuereinheit 114 kann die Zeit zwischen den Nulldurchgängen des Wechselstromsignals überwachen, um die Frequenz des Wechselstromeingangs zu ermitteln. Ein Fehlerzähler kann hochgezählt werden, wenn die Frequenz unter 40 Hz oder über 70 Hz liegt. Nach einer vorbestimmten Anzahl von Frequenzfehlern kann ein Diagnosecode gespeichert werden. Der Diagnosecode für die Frequenz muss nicht unbedingt den Ladeprozess beeinträchtigen. Wenn das Pilotsignal 120 zusammen mit einem Wechselstromfrequenzfehler verloren wird, kann dies eine Anzeige sein, dass der Wechselstrom verloren wurde. Dies kann das Einstellen eines Wechselstromverlusts auslösen, der einen höheren Vorrang gegenüber dem Wechselstromfrequenzfehler besitzt.
3 zeigt ein Beispiel eines Blockschaltbilds des Fahrzeugladesystems. Ein Ladegerätemodul 32 empfängt eine Eingangswechselspannung 106 von einer Quelle außerhalb des Fahrzeugs. Eine Hochvolttraktionsbatterie 24 ist über einen oder mehrere Ladeschütze 142 mit dem Ladegerätemodul 32 verbunden. Die Traktionsbatterie 24 ist auch über einen oder mehrere Hauptschütze 200 mit einem Hochvoltbus 210 des Fahrzeugs verbunden. Der Hochvoltbus 210 des Fahrzeugs kann eine Stromversorgungs- und eine Rückleitung umfassen, wobei die Stromversorgungsleitung mit einer positiven Klemme der Traktionsbatterie 24 verbunden sein kann und die Rückleitung mit einer negativen Klemme der Traktionsbatterie 24 verbunden sein kann. Die Traktionsbatterie 24 kann über einen Vorladeschütz 202 und einen Vorladewiderstand 204 mit dem Hochvoltbus 210 des Fahrzeugs verbunden sein. Der Vorladeschütz 202 kann vor dem Schließen des Hauptschützes 200 geschlossen werden, um den Stromfluss in die Schaltung zu begrenzen. Ein Haupt-DC/DC-Wandler 28 kann mit dem Hochvoltbus 210 des Fahrzeugs verbunden werden. Der Haupt-DC/DC-Wandler 28 kann eine Hochvoltgleichspannung in eine Niedrigvoltgleichspannung wandeln, die kompatibel mit einer 12-V-Batterie 30 ist. Die 12-V-Zusatzbatterie 30 und der Niedrigspannungsausgang des Haupt-DC/DC-Wandlers 28 können mit einem Niedrigvoltbus 212 verbunden werden, der andere Module in dem Fahrzeug mit einem 12-V-Strom versorgt. Der Niedrigvoltbus 212 des Fahrzeugs kann eine Stromversorgungs- und eine Rückleitung umfassen, wobei die Stromversorgungsleitung mit einer positiven Klemme der Zusatzbatterie 30 verbunden sein kann und die Rückleitung mit einer negativen Klemme der Zusatzbatterie 30 verbunden sein kann. Es ist zu beachten, dass das beschriebene System gleichermaßen anwendbar ist, wenn das Niedrigvoltsystem 212 eine andere Spannung als 12 V (z.B. 42 V) aufweist.
Eine Steuereinheit (114, 2) kann die Schütze (142, 200 und 202) steuern, um verschiedenen Modulen, die einen Hochvoltstrom erfordern, einen Hochvoltstrom bereitzustellen. Unter normalen Fahrbedingungen kann der Hauptschütz 200 geschlossen sein, um dem Hochvoltbus 210 eine Stromversorgung bereitzustellen. Der Hauptschütz 200 kann ein relaisgesteuerter Schütz sein, der geschlossen wird, um den Hochvoltkomponenten (z.B. Wechselrichter, Wandler, Heizungen usw.) einen Strom bereitzustellen. Stromwechselrichter, Heizungsmodule und Kühlmodule können an den Hochvoltbus 210 angeschlossen werden. Das Ladegerät 32 kann über einen oder mehrerer Ladeschütze 142 mit der Hochvolttraktionsbatterie 24 verbunden werden. Während der Ladevorgänge kann der Ladeschütz 142 geschlossen werden, um zu erlauben, dass die Batterie 24 mit einem Strom von dem Ladegerät 32 versorgt wird. Das Ladegerät 32 wird mit einer Wechselspannung 106 versorgt und diese wird von dem Ladegerät 32 in eine Hochvoltgleichspannung gewandelt. Wenn der Ladeschütz 142 geschlossen ist, kann die Hochvolttraktionsbatterie 24 über den Spannungsausgang des Ladegeräts 32 versorgt werden. Der Hauptschütz 200 und der Ladeschütz 142 können zur gleichen Zeit aktiviert werden, wenn die Hochvoltkomponenten betrieben werden müssen, während der EVSE-Stecker (40, 1) angeschlossen ist.
Das Verbinden eines Fahrzeugs mit einer nicht in das Fahrzeug integrierten EVSE erfordert einen 12-V-Niedrigvoltstrom, um die Fahrzeugsysteme zu betreiben. Module, die einen Strom von dem Niedrigvoltbus 212 des Fahrzeugs beziehen, erschöpfen mit der Zeit die in das Fahrzeug integrierte Zusatzbatterie 30. Das Einschalten des Haupthochvolt-DC/DC-Wandlers 28 kann eine Unterstützung bereitstellen, die auf Kosten der Freigabe zusätzlicher Hochvolt- und 12-V-Lasten geht und unnötige Energieverluste erzeugt. Außerdem können eingeschränkte 12-V-Lastbedingungen, die während des Ladens vorhanden sind, für einen größeren Haupthochvolt-DC/DC-Wandler 28 nicht optimal sein, was die Energieverluste zusätzlich kompliziert. Diese Verluste können zu längeren Ladezeiten und geringeren Bewertungen der elektrischen Verbrauchswerte (Miles Per Gallon electric, MPGe) führen.
Ein ladegeräteigener DC/DC-Wandler 208 kann in das Ladegerätmodul 32 integriert sein, um den Niedrigvoltbus 212 des Fahrzeugs direkt von dem Wechselstromeingang 106 aus zu unterstützen, wenn ein Ladestecker an das Fahrzeug angeschlossen wird. Dies verringert die Notwendigkeit für eine zusätzliche Fahrzeugsystemaktivität und ergibt eine hochoptimierte Konfiguration. Der kleinere ladegeräteigene DC/DC-Wandler 208 kann für einen größten Wirkungsgrad bei 12-V-Ladebedingungen eines einfachen Ladesystems geeignet dimensioniert und ausgewählt werden. Der ladegeräteigene DC/DC-Wandler 208 kann einen Hochvoltgleichstrom von dem Ladegerätemodul 32 in einen Niedrigvoltgleichstrom wandeln, der kompatibel mit der 12-V-Zusatzbatterie 30 ist. Ein Ausgang des ladegeräteigenen DC/DC-Wandlers 208 kann mit dem Niedrigvoltstromversorgungsbus 212 verbunden sein, um dem System während des Ladens einen Niedrigvoltstrom bereitzustellen.
Während des Normalbetriebs ist der Haupt-DC/DC-Wandler 28 durch den Hauptschütz 200 mit dem Hochvoltbus 210 verbunden und stellt der Zusatzbatterie 30 eine Stromversorgung bereit. Währen des Ladens kann es jedoch keinen Bedarf für ein Schließen des Hauptschützes 200 geben. Das Schließen des Hauptschützes 200 stellt allen Modulen an dem Hochvoltbus 210 eine Hochvoltspannung bereit. Dies kann zu einem zusätzlichen Stromverbrauch führen, da es erforderlich sein kann, die Komponenten zu aktivieren, die während des Ladens nicht benötigt werden, um die Hochvoltstromversorgung zu verwalten. Außerdem können während des Ladens die Anforderungen des Niedrigvoltbusses 212 geringer sein als während des Normalbetriebs. Der Haupt-DC/DC-Wandler 28 kann optimiert werden, um eine Stromversorgung auf höheren Stromausgangspegeln bereitzustellen, und er kann weniger effizient bei niedrigen Strompegeln sein, die während der Ladevorgänge erforderlich sind. Der Hauptschütz 200 kann während des Ladens für Merkmale wie zum Beispiel ein Vorheizen oder Vorkühlen der Fahrgastzelle geschlossen werden.
Der ladegeräteigene DC/DC-Wandler 208 kann optimiert werden, um die Effizienz der Stromwandlung auf einem niedrigeren Leistungsausgangspegel (z.B. 300 W) zu maximieren als den Haupt-DC/DC-Wandler 28. Während des Ladens kann der ladegeräteigene DC/DC-Wandler 208 aktiviert werden, um dem Niedrigvoltbus 212 einen Strom bereitzustellen. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass der Hauptschütz 200 nicht während des Ladens geschlossen werden muss. Außerdem kann der ladegeräteigene DC/DC-Wandler 208 optimiert werden, um den Wirkungsgrad der Stromwandlung für Betriebsbedingungen und Lasten zu optimieren, die während des Ladens vorhanden sind. Der Wandler 208 kann zum Beispiel ausgelegt sein für einen Betrieb während längere Ladezeiten im Gegensatz zum Betrieb während kürzerer Fahrzyklen. Außerdem kann der zweite DC/DC-Wandler 208 auf der Ladeseite die Abnutzung der Hauptschütze 200 verringern, da sie während des Ladens nicht unbedingt geschlossen sein müssen.
Der ladegeräteigene DC/DC-Wandler 208 kann konfiguriert sein, um einen einstellbaren Spannungsausgang in einem Bereich aufzuweisen, der kompatibel ist mit der 12-V-Zusatzbatterie 30. Der Spannungsausgang kann eingestellt werden, um einen geeigneten Pegel zum Laden der Zusatzbatterie 30 bereitzustellen. Der Spannungsausgang kann eingestellt werden, um Gasbildungsprobleme an der Batterie 30 zu vermeiden. Der Spannungsausgang kann durch ein anderes Modul ermittelt werden und kann dem ladegeräteigenen DC/DC-Wandler 208 mitgeteilt werden. Der ladegeräteigene DC/DC-Wandler 208 kann unabhängig von dem Laden der Hochvoltbatterie 24 betrieben werden. Der ladegeräteigene DC/DC-Wandler 208 kann konfiguriert sein, um unabhängig vom Zustand des Ladeschützes 142 betrieben zu werden. Dies stellt einen zusätzlichen Betriebsmodus bereit, bei dem der ladegeräteigene DC/DC-Wandler 208 betrieben werden kann, um die 12-V-Batterie 30 zu betreiben, während eine Wechselspannung 106 vorhanden ist, damit der Niedrigvoltbus 212 unabhängig von dem Laden der Hochvoltbatterie 24 bleibt.
Der Betrieb des ladegeräteigenen DC/DC-Wandlers 208 ist so, dass er vor, während und nach dem Laden der Hochvoltbatterie 24 betriebsbereit ist. Das System kann das Hochfahren der anderen 12-V-Module für einen vorbestimmten Zeitraum verzögern, um dem ladegeräteigenen DC/DC-Wandler 208 zu erlauben, den Niedrigvoltbus 212 zu stabilisieren, bevor das Laden beginnt. Ein Signal zum Hochfahren der anderen Module kann verzögert werden, bis der Zeitraum für die Niedrigvoltstabilisierung beendet ist. Das Ladegerät 32 kann zum Beispiel auf der Grundlage des Pilotkontaktsignals (120, 2) hochgefahren werden. Das Ladegerät 32 kann einen Ausgang bereitstellen, der anzeigt, wenn ein Signal zu Hochfahrzwecken an andere Module gesendet werden kann.
Der ladegeräteigene DC/DC-Wandler 208 stellt einige Vorteile gegenüber einem einzigen Haupt-DC/DC-Wandler 28 bereit. Das Verbinden des Wechselstroms 106 mit dem Ladegerät 32 erfordert nicht, dass der Hauptschütz 200 geschlossen wird. Dies verringert die Abnutzung am Hauptschütz 200 aufgrund des Betriebs während des Ladens. Außerdem ziehen die mit dem Hochvoltbus 210 verbundenen Module keinen zusätzlichen Strom, was den Strom verringert, der von der externen Stromversorgungsquelle benötigt wird.
4 zeigt ein Beispiel von Signalen, die von dem Ladesteuersystem des Fahrzeugs für ein Hochfahren und ein Abschalten verwendet werden können. Eine andere Funktion des Pilotsignals 320 ist, dem Ladegerät ein Signal zum Hochfahren bereitzustellen. Das in das Fahrzeug integrierte Ladesystem kann ein Merkmal zum Sperren eines EVSE-Pilotkontakts 302 enthalten, um dem Ladesystem zu erlauben, den Strom, der von dem Fahrzeug während einer Wartezeit bei einem Hochvoltladevorgang oder nach dem Ende eines Hochvoltladeereignisses verbraucht wird, auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Der Sperrmechanismus 302 verhindert, dass das EVSE-Pilotsignal 320 das Ladesystem startet, wenn von dem Fahrzeug kein Wechselstrom benötigt wird. Ein fahrzeugfremder Wechselstrom wird nur bei Bedarf verwendet, wodurch die Effizienz des Ladesystems verbessert wird. Das Ladesteuersystem des Fahrzeugs kann erneut mit der EVSE verbunden werden, sobald ein Signal 300 zum Hochfahren eines Stromhalterelais (Power Sustain Relay, PSR) auf Fahrzeugebene empfangen wird. Der in das Fahrzeug integrierte Ladeprozessor 312 kann hochgefahren werden und er kann die Sperrschaltung 302 des Pilotkontakts zurücksetzen. Der Pilotkontakt 320 kann auch gesperrt werden, wenn das Ladegerät eine Fehlerbedingung erkennt und keine Stromwandlung durchführen kann.
Der Pilotsperrmechanismus 302 kann das Pilotsignal 320 daran hindern, die von der Fahrzeugsteuereinheit 312 gesteuerten Vorgänge zu beeinträchtigen. Das Pilotsignal 320 kann verwendet werden, um die Fahrzeugsteuereinheit 312 hochzufahren. Wenn eine Fehlerbedingung gemeldet wird, kann die Steuereinheit 312 die Pilotsperre 302 öffnen, sobald das Pilotkontaktsignal 320 nach dem Beenden eines Abschaltens vorhanden ist. Dies stellt sicher, dass das Ladegerät nach dem Auftreten des Fehlers nicht ständig zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand wechselt. Dies verhindert auch einen unnötigen Energieverbrauch und eine Entladung der 12-V-Batterie.
Während einer normalen Anwendung fährt das Pilotsignal 320 den Mikroprozessor der Steuereinheit 312 hoch, wenn er vorhanden und in einem funktionsbereiten Zustand ist. Der Mikroprozessor 312 kann Teil der Fahrzeugsteuereinheit (114, 2) sein. Wenn der EVSE-Stecker angeschlossen und verbunden ist, kann sich die Spannung des Pilotsignals 320 auf einem hohen Pegel befinden (z.B. versorgt die EVSE die Pilotschaltung mit 12 V). Der Übergang zu einem hohen Signal kann auslösen, dass das Ladesystem des Fahrzeugs hochgefahren wird und ein Laden beginnt. Außerdem kann auch ein Signal des Stromhalterelais (PSR) 300 die Steuereinheit 312 hochfahren. Das PSR-Signal 300 kann während einer Schlüsseleinschaltprozedur alle Module in dem Fahrzeug hochfahren. Entweder das PSR-Signal 300 oder das Pilotsignal 320 können die Steuereinheit des Ladegeräts 312 hochfahren. Außerdem kann die Steuereinheit 312 ein Stromversorgungssperrsignal 326 aufweisen, das der Steuereinheit 312 erlaubt, den Strom aufrechtzuerhalten, bis die Bedingungen für ein Abschalten geeignet sind. Sobald eines oder alle des PSR-Signals 300, des Stromversorgungssperrsignals 326 oder des Pilotkontaktsignals 320 bestätigt wurden, kann ein Schütz 322 geschlossen werden, um eine 12-V-Batteriestromquelle 324 mit einer Stromversorgung 314 zu verbinden, die konfiguriert ist der Steuereinheit des Ladegeräts 312 einen Strom bereitzustellen. Die aktuelle Umsetzung kann eine ODER-Funktion 308 oder eine äquivalente Funktion sein, die ein logisches ODER der drei Signale ausführt. Während des Ladens kann das Pilotsignal 320 ein PWM-Signal von der EVSE-Steuereinheit sein. Um die Stromversorgung 314 daran zu hindern, den Zustand zu wechseln, kann das lokale Stromversorgungssperrsignal 326 von dem Mikroprozessor 312 bestätigt werden. Das Pilotsignal 320 kann auch eine verarbeitete Version des Eingangspilotsignals (120, 1) sein, das bestätigt wird, wenn eine zulässige Aktivität auf dem Eingangspilotsignal (120, 1) vorhanden ist.
Die Stromversorgung 314 kann einen 5-V-Regler 318 speisen, der den Komponenten einschließlich einem Mikroprozessor 312 in dem Ladesystem Strom bereitstellt. Sobald die Steuereinheit des Ladegeräts 312 eingeschaltet wird und arbeitet, können die Eingänge des Ladesystems gelesen und verarbeitet werden. Wenn, wie oben erörtert, geeignete Bedingungen vorhanden sind, kann die Steuereinheit 312 den Schalter S2 140 schließen, um die EVSE-Schütze 110 zu aktivieren, sodass dem Ladegerät ein Hochvoltstrom 106 bereitgestellt wird. Der Eingangswechselstrom 106 kann eine Stromversorgung 316 speisen, die einen Ausgang aufweist, der in den 5-V-Regler 318 eingespeist wird. Der 5-V-Regler 318 kann von einer oder von beiden Stromversorgungen 314, 316 versorgt werden.
Unter bestimmten Bedingungen kann die Mikrosteuereinheit 312 wünschen, sich abzuschalten, um keinen Strom von der EVSE zu verbrauchen. Um dies zu erreichen kann ein Pilotsperrmechanismus 302 bereitgestellt werden. Der Pilotsperrmechanismus 302 unterbricht die Verbindung zwischen dem Pilotsignal 320 und der Aktivierungslogik der Stromversorgung der Steuereinheit 312. Eine beispielhafte Umsetzung kann eine SR-Sperre sein, die der Steuereinheit erlaubt, das Pilotsignal zu öffnen und zu schließen. Zum Beispiel erlaubt das Ausgeben eines Schließsignals 304, dass das Pilotsignal 120 durchgehen kann. Das Ausgeben eines Öffnungssignals 306 verhindert, dass das Pilotsignal 120 durchgehen kann. Sobald ein Öffnungssignal 306 oder ein Schließsignal 304 von der Steuereinheit 312 ausgegeben wird, bleibt der Zustand erhalten, bis er von der Steuereinheit 312 geändert wird. In dem offenen Zustand stellt das Pilotsignal 320 der Steuereinheit 312 kein Hochfahrsignal bereit. Während des Ladens, wenn das Pilotsignal 320 die Quelle des Hochfahrens ist, erlaubt das Entfernen des Pilotsignals 320, dass die Stromversorgung 314 abgeschaltet wird. Dem Pilotsperrmechanismus 302 wird jederzeit ein Strom 324 bereitgestellt, um den geeigneten Zustand beizubehalten. Wenn der Strom 324 von dem Pilotsperrmechanismus 302 entfernt wird, kann der Pilotsperrmechanismus 302 standardmäßig in den geschlossenen Zustand übergehen, sodass ein Normalbetrieb des Pilotsignals 320 gestattet wird. Die Steuereinheit 312 kann das Pilotsignal 320 überwachen und kann den Stromversorgungssperrausgang 326 entfernen, um ein Abschalten zu ermöglichen.
Zum Zurücksetzen des Pilotsperrmechanismus 302 kann ein zulässiges PSR-Signal 300 erforderlich sein, um den Strom zu der Steuereinheit 312 wiederherzustellen, sodass ein Schließsignal 304 ausgegeben werden kann, um den Normalbetrieb des Pilotsignals 320 wiederherzustellen. Ein Entfernen und erneutes Einfügen des Ladesteckers muss die normale Antwort des Pilotkontaktsignals 320 nicht wiederherstellen. Als Reaktion auf das Hochfahren kann die Steuereinheit 312 den Zustand des PSR-Signals 300 sowie des Schließsignals 304 und des Öffnungssignals 306 der Pilotsperrschaltung 302 prüfen. Die Steuereinheit 312 kann das Schließsignal 304 bestätigen, um den Normalbetrieb des Pilotsignals 320 wieder zu ermöglichen, nachdem das PSR-Signal 300 bestätigt wurde.
Einige EVSE-Hersteller haben eine Taste für einen Pausemodus eingerichtet, die das EVSE Pilotkontaktsignal (120, 2) auf einen Arbeitszyklus von 100 % einstellt. Das Ladesystem wird wirkungsvoll angehalten, da es keine maximale Zeitgrenze für das Verbleiben im Pausemodus gibt. Das Ladegerät kann auf die EVSE warten, um den Zustand zu ändern und der Pausemodus muss nicht als Fehlerzustand betrachtet werden. Während dieser Zeit kann die EVSE Strom verbrauchen, um die 12-V-Batterie aufrechtzuerhalten.
Ein ausgedehntes Warten im Pausemodus kann verursachen, dass das Ladegerät Energie von dem 12-V-System vergeudet, da die Module eingeschaltet werden, um auf ein Pilotsignal 320 zu warten, das anzeigt, dass das Laden begonnen werden kann. Ein Warteintervall für das Laden kann definiert werden als die Zeitdauer, die vergangen ist, seit der Pausemodus gestartet wurde. Das Ladegerät kann ausgelegt sein, um Maßnahmen zu ergreifen, nachdem das Warteintervall für das Laden einen vorbestimmten Zeitraum (z.B. 24 Stunden) überschreitet, um einen zusätzlichen Stromverbrauch abzumildern. Nach einem vorbestimmten Warteintervall für das Laden kann die Steuereinheit das Pilotsignal 320 unterbrechen, indem ein Öffnungssignal 306 ausgegeben wird, um die Steuereinheit 312 abzuschalten. Dies verhindert, dass das Fahrzeug unendlich darauf wartet, dass das Laden beginnt, und verringert den Strom, der von der externen Versorgung verbraucht wird.
Der Pilotsperrmechanismus 302 ist tatsächlich ein Schalter, der an dem Piloteingang 120 in die Steuereinheit des Ladegerätes angebracht ist. Der Pilotsperrmechanismus 302 stellt ein Mittel bereit, um das Ladegerät schaltbar mit dem Pilotkontaktsignal 320 zu verbinden. Der Schalter 302 kann eine Relaisart oder eine Halbleiterschalteinheit sein. Der Pilotsperrmechanismus 302 kann eine SR-Sperrfunktion beinhalten. Die Schaltung arbeitet, indem das Pilotsignal 320 dabei unterbrochen wird, wenn es ein Bereitstellen einer Stromversorgung für die Steuereinheit 312 ermöglicht. Der Prozessor 312 kann die Pilotsperre 302 öffnen, wenn Bedingungen ermittelt werden, dass der Ladevorgang gestoppt werden sollte. Sobald der Pilotsperrmechanismus 302 geöffnet wird, kann die Steuereinheit 312 den Schalter S2 140 öffnen, was die EVSE veranlasst die Hochvoltstromrelais 110 zu öffnen und das Pilotsignal 320 entsprechend anzupassen. Das Fahrzeug kann dann in einen Abschaltmodus eintreten, um den Stromverbrauch auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Um den Betrieb wiederherzustellen, kann das Signal des Stromhalterelais (PSR) 300 von einem anderen Modul aktiviert werden. Als ein Beispiel kann die Pilotsperre 302 als eine SR-Sperrschaltung umgesetzt werden. Andere Umsetzungen sind möglich und die Offenbarung ist nur ein Beispiel.
Das Pilotsignal 320 kann unterbrochen werden (z.B. ein bestätigtes Öffnungssignal 306), wenn bestimmte Bedingungen auftreten. Das Pilotsignal 320 kann unterbrochen werden, wenn ein zulässiges Pilotsignal 320 vorhanden ist und ein Ladezyklus der Traktionsbatterie beendet wurde. Das Pilotsignal 320 kann unterbrochen werden, wenn ein Ladesignal erkannt wird, welches verhindert, dass ein Laden ausgeführt wird. Das Pilotsignal 320 kann unterbrochen werden, wenn das Fahrzeug für einen bestimmten Zeitraum (z.B. 24 Stunden) im Pausemodus bleibt. Die Pilotsperre 302 kann geöffnet werden, wenn ein verzögerter Ladevorgang gewünscht wird. Ein verzögerter Ladevorgang erlaubt dem Benutzer, einen bestimmten Zeitpunkt für ein Laden festzulegen. Ein Beispiel eines verzögerten Ladens kann sich auf ein benutzerdefiniertes vorbedingtes Ereignis in der Fahrgastzelle beziehen, bei dem ein festgelegter Zeitpunkt für das Steuern der Fahrgastzellentemperatur auf eine bestimmte Temperatur vorgegeben wird. Das Fahrzeug kann an das Ladegerät angeschlossen werden, aber das Laden findet bis zu dem vom Benutzer festgelegten Zeitpunkt nicht statt. Es kann erwünscht sein, den von dem Versorger verbrauchten Strom zu verringern, während auf den Ladezeitpunkt gewartet wird. In diesem Fall kann eine andere Steuereinheit in dem Fahrzeug das PSR-Signal 300 aktivieren, wenn es Zeit ist mit dem Laden zu beginnen.
Der Sperrmechanismus 302 kann zurückgesetzt werden, wenn ein Signal des Stromhalterelais 300 aktiv ist. Das PSR-Signal 300 fährt die Steuereinheit 312 hoch, sodass der Pilotsperrmechanismus 302 geschlossen werden kann, um einen Normalbetrieb zu erlauben. Als Reaktion auf ein Hochfahren über das PSR-Signal 300 kann der Mikroprozessor 312 programmiert sein, um das Schließsignal 304 für die Pilotsperrschaltung 302 zu aktivieren. Dies erlaubt dem Pilotkontaktsignal 320 eine normale Funktion. Die Steuereinheit 312 kann als Reaktion auf eine Hochfahranforderung, die nicht von dem Pilotkontakt 320 kommt, die Unterbrechung des Pilotsignals 320 abbrechen, indem die Verbindung geschlossen wird. Der Sperrmechanismus 302 kann geschlossen werden, wenn, der Strom 324 zu dem Pilotsperrmechanismus 302 verloren geht. Der Sperrmechanismus 302 kann auf jedes Signal angewandt werden, das für das Hochfahren des Ladegeräts verwendet wird, wenn ein Ladestecker an den Ladeanschluss angeschlossen ist und er muss nicht nur auf das Pilotkontaktsignal beschränkt sein, so wie es offenbart wird.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können weitergegeben werden an oder umgesetzt werden von einer Verarbeitungseinheit, einer Steuereinheit oder einem Computer, zu denen eine vorhandene programmierbare elektronische Speichereinheit oder eine zweckbestimmte elektronische Steuereinheit gehören können. Auf ähnliche Weise können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Befehle gespeichert werden, die in vielen Formen einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, als Informationen, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie zum Beispiel ROM-Einheiten gespeichert werden, und als Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie zum Beispiel Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Einheiten oder andern magnetischen und optischen Medien gespeichert werden, durch eine Steuereinheit oder einen Computer ausführbar sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem Element zur Ausführung von Software umgesetzt werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren und Algorithmen als Ganzes oder in Teilen mithilfe geeigneter Hardwarekomponenten wie zum Beispiel anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), anwenderprogrammierbarer Gate-Arrays (Field Programmable Gate Arrays, FPGAs), Zustandsautomaten, Steuereinheiten oder anderer Hardwarekomponenten oder Einheiten oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten verkörpert werden.
Obwohl oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese nicht so zu verstehen, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen eingeschlossen werden. Die Begriffe, die in dieser Beschreibung verwendet werden, sind Begriffe für eine Beschreibung, aber nicht als Einschränkungen zu verstehen, und es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie oben beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt werden. Obwohl zahlreiche Ausführungsformen als ein Bereitstellen von Vorteilen oder als bevorzugt über weitere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik in Bezug auf eine oder mehrerer Eigenschaften beschrieben worden sein könnten, wird der Fachmann erkennen, dass eine oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften enthalten sein können, um die gewünschten Gesamtsystemmerkmale zu erreichen, die jeweils von der spezifischen Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Zu diesen Merkmalen können gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein, Kosten, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktgängigkeit, Erscheinung, Verpackung, Größe, Zweckdienlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Zusammenbaufreundlichkeit usw. Von daher befinden sich Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen aus dem Stand der Technik beschrieben wurden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für spezielle Anwendungen wünschenswert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

J1772 [0002]
J1772-Standard [0002]
Standard J1772 [0017]
Standard J1772 [0018]
Standard J1772 [0026]

Claims

Fahrzeug, umfassend: ein Ladegerät; einen Ladeanschluss, der eine Schaltung umfasst, die konfiguriert ist, dass sie über eine Schnittstelle mit einem Pilotkontakt und einem Abstandsprüfkontakt einer Versorgungsausrüstung eines Elektrofahrzeugs (EVSE) verbunden ist, um, wenn eine Verbindung besteht, jeweils ein Pilotsignal zwischen dem Ladegerät und der EVSE zum Steuern des Ladegeräts und ein Abstandssignal herzustellen, das den Zustand der Verbindung zwischen dem Ladeanschluss und der EVSE anzeigt; und mindestens eine Steuereinheit, die programmiert ist, um als Reaktion auf ein zulässiges Pilotsignal und ein Abstandssignal, das eine Trennung des Ladeanschlusses von der EVSE anzeigt, zu verhindern, dass das Fahrzeug gefahren wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei zum Verhindern, dass das Fahrzeug gefahren wird, die mindestens eine Steuereinheit außerdem programmiert ist, ein Schaltverbotssignal an eine Getriebesteuereinheit zu übertragen, damit das Schalten des Fahrzeugs aus der Parkstellung verhindert wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei zum Verhindern, dass das Fahrzeug gefahren wird, die mindestens eine Steuereinheit außerdem programmiert ist, ein Antriebssperrsignal an eine Antriebsstrangsteuereinheit zu übertragen, damit der Betrieb eines Verbrennungsmotors oder eines Elektromotors verhindert wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Steuereinheit außerdem programmiert ist, um als Reaktion auf das zulässige Pilotsignal und das Abstandssignal, das eine Trennung des Ladeanschlusses von der EVSE anzeigt, zu erlauben, dass eine Traktionsbatterie geladen wird.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine Steuereinheit außerdem programmiert ist, um als Reaktion auf ein Laden der Traktionsbatterie eine Entprellzeit für das Pilotsignal zu verringern.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Steuereinheit außerdem programmiert ist, um als Reaktion auf einen Verlust des Pilotsignals für einen Zeitraum, der länger ist als die Entprellzeit, das Laden der Traktionsbatterie zu unterbrechen.