DE102015201151A1

DE102015201151A1 - Tragbares EV-Energieübertragungsgerät und -verfahren

Info

Publication number: DE102015201151A1
Application number: DE102015201151.8A
Authority: DE
Inventors: Michael E. Loftus; John Proietty; Fazal U. Syed; Ben A. Tabatowski-Bush
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2015-08-06
Also published as: CN104816642B; US20150217656A1; CN104816642A; US9511676B2

Abstract

Systeme, Geräte und Verfahren zur Übertragung von Energie zwischen einer Energiespeichervorrichtung (ESD) an einem Elektrofahrzeug (EV) und einer externen Wechselstrom- oder Gleichstromlast, etwa einem Stromnetz, elektrischen Gerät oder Elektrowerkzeug, werden dargelegt. Ein tragbares EVETA kann in einen EV-Ladeeingang eingreifen, an ein EV gekoppelt werden und eine Wechselstromausgabe, eine Netzschnittstelle und einen Gleichstromstreckverbinder zur Kopplung von externen Lasten bereitstellen. Ein EVETA kann an einer/m abgelegenen Baustelle oder Campingplatz verwendet werden, um Starkstromgeräte mit Energie zu versorgen, sodass es nicht notwendig ist, einen Stromgenerator zu transportieren. Ein EVETA kann für Datenübertragung und Steuerkommunikation mit dem EV ausgelegt sein, um eine Energieübertragung zu koordinieren. Ein EVETA kann eine vorbestimmte ESD-Ladezustandsgrenze empfangen, sodass der Übertragungsvorgang beendet werden kann, um ausreichend Ladung zu bewahren, damit das EV zu einem gewünschten Ziel zurückkehren kann. Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle ermöglicht Benutzereingabeempfang und Informationsanzeige.

Description

Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Elektrofahrzeuge und insbesondere Übertragung von Energie von einer Batterie eines Elektrofahrzeugs zu einer externen Last.
Ein Elektrofahrzeug (EV) nutzt eine Hochspannungstraktionsbatterie oder andere Art von Energiespeichervorrichtung (ESD) zur Bereitstellung von Antriebsenergie für ein elektrisches Antriebssystem. Wenn das Energieniveau verringert oder erschöpft ist, kann die Batterie geladen werden, indem das EV an ein Haushaltsstromnetz oder an eine öffentliche oder kommerzielle Ladestation gekoppelt wird. Voll geladen kann die Batterie Energie für zukünftige Antriebsvorgänge speichern. In der jüngeren Vergangenheit wurde vorgeschlagen, dass die in einer EV-Batterie gespeicherte Energie auch für andere Vorgänge als das Antreiben eines Fahrzeugs verwendet werden kann. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, dass die Batterie eines Elektrofahrzeugs verwendet werden kann, um Energie zurück in ein Haushaltsstromnetz zu führen. Ein Fahrzeug-Heim-(V2H-)Energieübertragungsvorgang kann die Stromkosten eines Haushalts senken, da Energie in Zeiträumen mit geringer Nachfrage und niedrigen Energiekosten gespeichert werden kann und dann in Zeiträumen mit höheren Energiekosten darauf zugegriffen werden kann. Da ein Heimstromnetz an ein Gemeindestrometz angeschlossen ist, kann außerdem zum Heimnetz übertragene Energie auch verwendet werden, um ein öffentliches Stromnetz in Spitzenbedarfszeiten zu ergänzen. Die US-Patentveröffentlichung Nr. 2011/0204720 von Ruiz et al. erklärt, wie solch ein System ausgelegt sein könnte. Das System nach Ruiz erfordert jedoch ein umfassendes und komplexes Netzwerk aus Steuerungs- und Überwachungsmodulen zusätzlich zu der elektrischen Schaltung und Ausrüstung, die zur Durchführung der eigentlichen Energieübertragungen zwischen Fahrzeug, Haushaltsnetz und öffentlichem Netz notwendig sind.
Die veröffentlichte Patentanmeldung 2011/03096774 von Kamachi beschreibt ein weniger ambitiöses System und offenbart ein Leistungssteuerungssystem, das verwendet werden kann, um eine Wohnstätte während eines Stromausfalls mit Strom zu versorgen. Der Umfang des Kamachi-Systems ist enger als der des Ruiz-Systems, wodurch es etwas weniger komplex ausfällt, und es basiert auf einem Stromrichter, der an einem Gebäude montiert ist und an eine erste und eine zweite Batterie an einem Elektrofahrzeug gekoppelt ist. Die erste Batterie, die Fahrzeugtraktions- oder -antriebsbatterie, wird verwendet, um Energie bereitzustellen, die der Stromrichter zum Heimstromnetz übertragen kann, und die zweite Batterie, die Fahrzeugzusatzbatterie, die für Fahrzeugzusatzausrüstung wie Licht, Klimaanlage usw. verwendet wird, wird eingesetzt, um den Betrieb des Stromrichters selbst mit Energie zu versorgen. Eine Anlagensteuerung, die am Haus montiert ist, kann die am Stromrichter umgewandelte Energie steuern.
Die oben beschriebenen Vorschläge sowie anderer Stand der Technik in Bezug auf V2H-Anwendungen sind zwar für ihre beabsichtigten Zwecke adäquat, weisen jedoch mehrere Nachteile auf. Beispielsweise erfordern beide die Montage zusätzlicher Apparaturen an einem Wohnsitz, deren Montage und Instandhaltung für viele Verbraucher über der als leistbar erachteten Preisgrenze liegen. Darüber hinaus umfassen viele solche Systeme, wie etwa das oben beschriebene Kamachi-System, eine Anlagensteuerung, die am Gebäude montiert ist. Dieses Merkmal kann die Art einschränken, wie Energie übertragen werden kann, beispielsweise durch die Einschränkung, dass gespeicherte Energie nur dann von einer Fahrzeugbatterie übertragen werden kann, wenn das Fahrzeug an ein Wohn- oder Geschäfts-/Industriegebäude angeschlossen ist. Wenn Geräte oder elektrische Ausrüstung, die mit Energie versorgt werden sollen, sich im Gebäude befinden, kann sich diese Einschränkung als unwichtig herausstellen. Wenn beispielsweise eine Fahrzeugbatterie verwendet wird, um einen Kühlschrank, einen Herd oder ein anderes Gerät im Gebäude während eines Stromausfalls mit Energie zu versorgen, stellen die Verlässlichkeit einer Steuerung am Gebäude sowie die Verbindung zwischen dem Fahrzeug und dem Gebäude, keinerlei Problem dar. Diese Systemart kann jedoch nicht in einem Fall eingesetzt werden, in dem eine Bedienungsperson eine Batterie eines Fahrzeugs verwenden möchte, um Geräte mit Energie zu versorgen, die sich nicht im Gebäude befinden oder nicht mit dem Heimstromnetz verbunden sind. Beispielsweise kann ein Benutzer auf einem Campingausflug Energie einer Fahrzeugbatterie dazu verwenden wollen, Geräte wie eine Heizung, einen Mikrowellenherd, eine Klimaanlage usw. an einem entlegenen Campingplatz mit Energie zu versorgen. Alternativ dazu kann ein Bauarbeiter Energie benötigen, um Starkstromwerkzeuge und elektrische Geräte wie Bohrer, Sägen, Luftkompressoren und dergleichen auf einer Baustelle zu betreiben. In beiden Fällen können, da es kein Gebäudenetz gibt, an das angeschlossen werden kann, die vorgeschlagenen Systeme den unverzüglichen Bedarf nicht decken.
Die vorliegende Erfindung stellt ein System zur Übertragung von Energie von einer Energiespeichervorrichtung (ESD) an einem Elektrofahrzeug (EV) zu einer Last außerhalb des Fahrzeugs bereit. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein System ein EV und ein tragbares EV-Energieübertragungsgerät (EVETA), das ausgelegt ist, um eine Gleichstromzufuhr zu empfangen und eine Wechselstromausgabe bereitzustellen. Das EVETA kann ausgelegt sein, um mit dem EV gekoppelt zu werden; beispielsweise kann ein EVETA-Kabel ausgelegt sein, um in einen EV-Ladeeingang einzugreifen sowie an verschiedene Arten von externen Lasten, sowohl stationären als auch transportablen, zu koppeln. Eine Last kann beispielsweise ein Mikronetz, ein öffentliches Versorgungsnetz oder eine kommerzielle Ladestation sowie eine transportable Last, z.B. ein elektrisches Gerät, ein elektrisches Werkzeug oder Militärausrüstung umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein EVETA ausgelegt sein, um eine Gleichstromausgabe sowie eine Wechselstromausgabe bereitzustellen.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein EVETA ein tragbares Gehäuse umfassen, an dem ein Mittel zum Aufnehmen einer externen Wechselstromlast, ein Mittel zum Koppeln mit einem EV und eine Elektroanordnung, die ausgelegt ist, um Energie zwischen dem EV und einer Last außerhalb des EV und des EVETA zu übertragen, angeordnet sind. Als Mittel zum Koppeln mit einem EV kann ein EVETA beispielsweise ein Kabel umfassen, das mit einem Steckverbinder endet, der ausgelegt ist, um mit einem Ladeeingang am EV einzugreifen, wobei das Kabel und der Steckverbinder ausgelegt sind, um Datenübertragung zwischen dem EVETA und dem EV zu ermöglichen. Ein EVETA kann einen Wechselstromanschluss zum Empfangen und Koppeln einer Wechselstromlast und zur Bereitstellung einer Wechselstromausgabe umfassen. Zusätzlich zum Bereitstellen einer Wechselstromausgabe kann das EVETA ferner mit einem Gleichstromsteckverbinder ausgelegt sein, um eine Gleichstromlast zu koppeln und eine Gleichstromausgabe bereitzustellen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein EVETA ferner ein Mittel zum Koppeln und Bereitstellen einer Ausgabe an ein Stromnetz umfassen; beispielsweise kann ein EVETA einen Anschluss für einen netzgekoppelten Wechselrichter mit Einspeisemessfähigkeit umfassen. Ein EVETA kann ferner eine Mensch-Maschine-Schnittstelle zum Empfangen von Eingaben von einer und Bereitstellen von Informationen an eine Bedienungsperson umfassen.
Ein beispielhaftes Verfahren kann ein tragbares EVETA umfassen, das an ein EV gekoppelt ist, wobei das EVETA an eine Last außerhalb des EV gekoppelt ist, und das EVETA kann Energie zwischen dem EV und der externen Last übertragen. Das Übertragen von Energie zwischen dem EV und der externen Last kann das Bereitstellen einer Wechselstrom- und/oder einer Gleichstromausgabe an die Last umfassen. Beispielsweise kann das Übertragen von Energie zwischen dem EV und der Last Empfangen einer Gleichstromspannung von einer Traktionsbatterie am EV, Umwandeln der empfangenen Spannung und Bereitstellen einer Ausgabe, welche die umgewandelte Spannung umfasst, umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Verfahren Durchführen eines Autorisierungsvorgangs vor der Durchführung der Energieübertragung umfassen. Der Autorisierungsvorgang kann vor Energiediebstahl durch nicht autorisierte Benutzer schützen. Darüber hinaus kann ein Verfahren Empfangen einer vorbestimmten Ladezustandsgrenze für eine ESD am EV und Überwachen der ESD-Ladezustandsgrenze umfassen, um eine übermäßige Entladung der ESD zu vermeiden.
1 zeigt ein beispielhaftes System, das ein Elektrofahrzeug-(EV-)Energieübertragungsgerät (EVETA) zeigt.
2 zeigt ein beispielhaftes EVETA.
3 zeigt ein beispielhaftes EVETA.
4 zeigt ein Beispiel für EVETA-Steckverbinder und -Kabel.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens.
Hierein werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargelegt; die Erfindung kann jedoch in einer Vielzahl von alternativen Formen ausgeführt werden, wie für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offensichtlich sein wird. Zum besseren Verständnis der Erfindung und zur Bereitstellung einer Basis für die Ansprüche sind in der Beschreibung mehrere Figuren enthalten. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu und zugehörige Elemente können weggelassen sein, um die neuen Merkmale der Erfindung hervorzuheben. Struktur- und Funktionsdetails, die in den Figuren dargestellt sind, sind zu dem Zweck bereitgestellt, Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung die Umsetzung der Erfindung zu lehren, und sind nicht als Einschränkungen zu verstehen. Beispielsweise können Steuermodule für verschiedene Systeme verschiedenartig angeordnet und/oder kombiniert werden und können in Darstellungen von beispielhaften Ausführungsformen hierin weggelassen sein, um neue Aspekte der Erfindung besser hervorzuheben.
Auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen gleiche Bezugszahlen in unterschiedlichen Ansichten gleiche Elemente bezeichnen, zeigt 1 ein beispielhaftes System 2 zur Übertragung von Energie von einem Elektrofahrzeug (EV) zu einer externen Last. Das System 2 umfasst ein EV 4, das elektrisch mit einem EV-Energieübertragungsgerät (EVETA) 6 gekoppelt ist, das ausgelegt ist, um Energie von einer Energiespeichervorrichtung (ESD) 8 am EV 4 zu einer Last 10 zu übertragen. In einer beispielhaften Ausführungsform liegt das EV 4 in Form eines batterieelektrischen Fahrzeugs (BEV) vor, das nur mit elektrischem Strom betrieben wird. Es ist jedoch vorgesehen, dass die Erfindung auch mit Steckdosenfahrzeugen (PEVs) umgesetzt werden kann. Das EVETA 6 kann als eigenständiges tragbares Gerät ausgelegt sein, das leicht transportiert werden kann, um stationäre Lasten, wie z.B. Stromnetze an öffentlichen Anlagen oder Wohneinrichtungen, oder mobile Lasten, die von einem Ort zu einem anderen bewegt werden können, mit Energie zu versorgen.
Die ESD 8 kann in Form einer Hochspannungstraktionsbatterie für das EV 4 vorliegen, beispielsweise als, nicht jedoch eingeschränkt auf, 300V-Mehrzellen-Lithiumionenbatterie. Alternativ dazu kann die ESD 8 in Form eines Hochspannungskondensators oder einer anderen elektrischen Speichervorrichtung vorliegen, die verwendet werden können, um Antriebsenergie für das EV 4 bereitzustellen. Wie in 1 dargestellt kann die Last 10 unterschiedlich ausgeführt sein und kann entweder stationär oder transportabel sein. Beispielsweise kann die Last 10 in Form eines Stromnetzes vorliegen, etwa, nicht jedoch eingeschränkt auf, als Mikronetz, das Energie durch das EVETA 6 empfangen kann, wenn ein Stromausfall an der Wohnstätte auftritt. Alternativ dazu kann ein elektrisches Netz in Form eines Netzes an einem Betriebsgebäude oder -komplex vorliegen, dem das EVETA 6 Notstrom bereitstellen kann oder Zusatzstrom verkaufen kann. Die Last 10 kann auch in Form elektrischer Geräte, wie z.B. Elektrowerkzeuge, die an einer abgelegenen Baustelle verwendet werden, vorliegen. Beispielsweise kann die Last 10 in Form einer Elektrosäge, eines Hochgeschwindigkeitsbohrers oder anderer Hochstrom- oder Schwachstromwerkzeuge vorliegen, die für Bau, Instandhaltung oder Reparaturen verwendet werden. Die Last 10 kann ferner in Form einer Campingausrüstung vorliegen, die an einem abgelegenen Campingplatz eingesetzt wird. Beispielsweise kann die Last 10 einen Mikrowellenherd, eine Heizung, einen tragbaren Herd, eine Klimaanlage und dergleichen umfassen. Mit einem EVETA 6 kann ein Camper Zugang zu Elektrizität haben, ohne einen Stromgenerator einpacken zu müssen, der ziemlich groß, schwer und laut sein kann. Bei einer weiteren Anwendung kann die Last 10 Militärausrüstung, wie etwa Kommunikationsgeräte, Rechner, Heizgeräte, Herde usw., umfassen, die an abgelegenen Feldstandorten erforderlich sein können. Es gilt anzumerken, dass die verschiedenen Darstellungen der Last 10 nicht erschöpfend sind, da vorgesehen ist, dass die Last 10 in verschiedenen zusätzlichen Formen ausgeführt sein kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das EVETA 6 ausgelegt sein, um mit einem ESD-Steuermodul (ESDCM) 9 am EV 4 zusammenzuarbeiten, wenn dies zur Ausführung des Übertagungsvorgangs erforderlich ist. Beispielsweise kann das EVETA 6 ausgelegt sein, um mit dem ESDCM 9 in Übereinstimmung mit vorbestimmten Protokollen zu kommunizieren.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des EVETA 6, die ein tragbares Gehäuse 12 umfasst, das eine Elektronikanordnung 14 enthält und umschließt, die ausgelegt ist, um Energie zwischen einem EV und einer externen Last zu übertragen. Das tragbare Gehäuse 12 kann ausreichend klein sein, damit ein Benutzer das EVETA 6 in der Hand tragen und leicht im EV 4 verstauen kann. Um das EV 4 zu koppeln, kann das EVETA 6 ein Kabel 16 umfassen, das sich vom Gehäuse 12 aus erstreckt und in einem Steckverbinder 18 endet, der für einen mechanischen Eingriff und eine elektrische Verbindung mit einem Ladeeingang 19 des EV 4 ausgebildet ist (siehe 2). In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Steckverbinder 18 ausgelegt sein, um den Ladeeingang 19 auf ähnliche Weise zu koppeln, wie EV-Serviceausrüstung (EVSE) einen EV-Ladeeingang koppelt, um einen Ladevorgang auszuführen. Beispielsweise kann der Steckverbinder 18 eine Stromverbindung und Übertragungsschnittelle umfassen, die der Norm Electric Vehicle and Plug-in Hybrid Electric Vehicle Conductive Charge Coupler Standard (J1772) der Society of Automotive Engineers (SAE) entspricht, die im Januar 2013 veröffentlicht wurde, hierin im Folgenden als "SAE J1772" bezeichnet wird und als Gesamtes durch Verweis hierin aufgenommen ist. Das Kabel 16 und der Steckverbinder 18 können ausgelegt sein, um die Elektronikanordnung 14 elektrisch mit der ESD 8 zu koppeln. Darüber hinaus können das Kabel 16 und der Steckverbinder 18 ausgelegt sein, um die Elektronikanordnung 14 mit einem oder mehreren Steuermodulen am EV 4 zu koppeln, etwa dem ESDCM 9, um Autorisierung, Steuerung und Implementierung des Energieübertragungsvorgangs zu vereinfachen. Beispielsweise kann ein Gateway-Modul (nicht dargestellt), das zum Koppeln der Elektronikanordnung 14 mit einem EV-Übertragungsbereichsnetz (CAN) (nicht dargestellt) ausgelegt ist, am EV 4 bereitgestellt sein, und das Kabel 16 und der Steckverbinder 18 können ausgelegt sein, um die Elektronikanordnung 14 mit dem Gateway-Modul zu koppeln.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Elektronikanordnung 14 ausgelegt sein, um Energie zur Ausführung ihrer Operationen von einer Niedrigspannung-Fahrzeugenergieversorgung zu empfangen, beispielsweise, nicht jedoch eingeschränkt auf, einer 12V-Fahrzeugzusatzbatterie. Demgemäß kann das EVETA 6 ein Zusatzkabel 15 umfassen, das zum Koppeln an einen 12V-Energiequellenausgang am EV 4 ausgelegt ist. In einer weiteren Ausführungsform kann eine Energiequelle (nicht dargestellt), wie z.B. eine Niedrigspannungsbatterie, an einem EVETA angeordnet sein.
3 zeigt eine beispielhafte Konfiguration, durch welche das EVETA 6 über das Kabel 16 und den Steckverbinder 18 mit dem EV 4 gekoppelt werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Steckverbinder 18 so ausgelegt sein, dass er sie die Norm SAE J1772 für EV-Steckverbinder erfüllt. Beispielsweise kann der Steckverbinder 18 eine Vielzahl von Anschlüssen aufweisen, die elektrisch mit einem Ladeeingang am EV 4 gekoppelt werden können. Beispielsweise können Anschlüsse T1 und T2 für Wechselstrom-(AC)Leitungen ausgelegt sein, Anschluss T3 kann für eine Masseleitungsverbindung ausgelegt sein, Anschluss T4 kann für eine Pilotleitungsverbindung ausgelegt sein, Anschluss T5 kann für eine Proximitätsleitungsverbindung ausgelegt sein und Anschlüsse T6 und T7 können für eine Hochspannung-Gleichstromzwischenkreis-Busverbindung ausgelegt sein. Das Kabel 16 kann Leiter umfassen, die ausgelegt sind, um die Masse-, Pilot-, Proximitäts- und Zwischenkreisspannungsleitungen des EV 4 an den entsprechenden Anschlüssen T3–T7 des Steckverbinders 18 mit der Elektronikanordnung 14 zu koppeln. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Steckverbinder 18 ausgelegt sein, um in einen Ladeeingang 19 am EV 4 mit den Anschlüssen T1–T7, die ausgelegt sind, um elektrisch mit entsprechenden Ladeeingangsanschlüssen IT1–IT7 gekoppelt zu werden, einzugreifen, um elektrische Konnektivität zwischen ähnlichen elektrischen Leitungen zwischen dem EV 4 und dem EVETA 6 bereitzustellen.
Das EVETA 6 kann zumindest einen Wechselstromausgang 20 zur Bereitstellung einer Wechselstromausgabe, z.B. einer einphasigen 120V- oder einer 220V-Wechselstromausgabe, umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das EVETA 6 mehr als einen Wechselstromausgang umfassen, beispielsweise einen ersten Wechselstromausgang, der eine 120V-Ausgabe bereitstellt, und einen zweiten Wechselstromausgang, der eine 220V-Ausgabe bereitstellt. Es ist vorgesehen, dass die Anzahl an Ausgängen, die bereitgestellt sind, mit der Energie verbunden sein kann, die von der Elektronikanordnung 14 erzeugt werden kann, wobei jene EVETAs, die höhere Energieniveaus bereitstellen, auch eine größere Anzahl an Ausgängen bereitstellen. Als Beispiel, nicht jedoch als Einschränkung, kann ein 120V-Wechselstromausgang ausgelegt sein, um Strom mit 8 A bis 15 A bereitzustellen, und ein 220V-Wechselstromausgang kann ausgelegt sein, um Strom mit 20 A bereitzustellen. Es ist jedoch vorgesehen, dass ein Wechselstromausgang 20 ausgelegt sein kann, um Strom mit 30 A für Freizeitfahrzeuganwendungen oder Hochstromlasten bereitzustellen. Als Beispiel, nicht jedoch als Einschränkung, kann der Wechselstromausgang 20 ausgelegt sein, um einen elektrischen Stecker von der Last 10 aufzunehmen.
Ein EVETA kann auch ein Mittel zur Bereitstellung von Gleichstromausgabe umfassen, beispielsweise, nicht jedoch eingeschränkt auf, zumindest einen Gleichstromsteckverbinder 22. Der Gleichstromsteckverbinder 22 kann in Form einer Buchse oder Steckdose oder eines anderen Standardtyps von Gleichstromsteckverbinder vorliegen, die ausgelegt sind, um mit einem passenden Steckverbinder an der elektrischen Last zusammenzupassen, die unterstützt werden soll. Beispielsweise können ein oder mehr Gleichstromsteckverbinder 22 ausgelegt sein, um eine Ausgabe von etwa 12 V Gleichstrom und/oder 24 V Gleichstrom bereitzustellen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein EVETA eine zugeordnete Netzschnittstelle 24 zur Kopplung eines EVETA an ein elektrisches Netz umfassen. Beispielsweise kann die Schnittstelle 24 in Form einer netzgekoppelten Inverterschnittstelle vorliegen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das EVETA 6 einen bimodalen Inverter umfassen, der ausgelegt ist, um mit einem öffentlichen Stromnetz und einer Batterie des EV 4 verbunden zu werden und automatisch zwischen einer "Insel", d.h. einem Gelände, und einem Stromnetz umzuschalten. Ein bimodaler Inverter kann mit einem EV kommunizieren und während eines Stromausfalls Energie aus seiner Batterie entnehmen, um Elektrogeräte auf einem Gelände mit Energie zu versorgen, und er kann unter normalen Bedingungen auch das Netz mit Energie versorgen.
Ein Masseanschluss 23 kann ebenfalls am EVETA 6 angeordnet sein, um eine Masseverbindung mit der Erde für eine externe Wechselstromlast 10 bereitzustellen. Darüber hinaus kann ein Notstoppschalter 25 bereitgestellt sein, um es einem Benutzer zu ermöglichen, bei Bedarf eine sofortige Abschaltung des EVETA 6 zu initiieren.
Das EVETA 6 kann ferner eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) 26 umfassen. Die MMS 26 kann ausgelegt sein, um eine Benutzereingabe zu empfangen und kann ein Mittel zur Anzeige von Informationen an einen Benutzer umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die MMS 26 einen berührungsempfindlichen Bildschirm 25 umfassen, der Informationen anzeigen kann und es einem Benutzer ermöglichen kann, Eingaben bereitzustellen, um einen Energieübertragungsvorgang zu steuern. Ein Benutzer kann den berührungsempfindlichen Bildschirm beispielsweise verwenden, um eine Option auszuwählen, einen Parameter zu bestimmen oder einen Befehl einzugeben. Beispielsweise kann ein Benutzer eine Ladezustandsgrenze bestimmen, um eine Entladung einer EV-Batterie unter einen festgelegten Mindestladezustand zu verhindern. Das Einstellen einer Ladezustandsgrenze ermöglicht es einem Benutzer, sicherzustellen, dass die ESD ausreichend Ladung aufweist, damit ein EV von einer Baustelle, einem Campingplatz oder einem anderen abgelegenen Standort zurückkehren kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die MMS 26 auch ausgelegt sein, um es einem Benutzer zu ermöglichen, eine gewünschte Frequenzoption auszuwählen, z.B. 50 Hz oder 60 Hz, um Benutzern im Inland sowie im Ausland Rechnung zu tragen. Eine Benutzereingabe kann auch ein Passwort und/oder andere Authentifizierungsdaten umfassen, um einen Autorisierungsvorgang zu vereinfachen, der von einem EVETA durchgeführt wird, um eine nicht autorisierte Verwendung einer EV-ESD zu verhindern. Der berührungsempfindliche Bildschirm 25 kann auch verwendet werden, um einem Benutzer Informationen anzuzeigen. Beispielsweise kann das EVETA 6 ausgelegt sein, um eine unter Verwendung der Ladekapazität der EV-ESD 8 und der Ausgabeleistung, die von der Elektronikanordnung 14 bereitgestellt wird, geschätzte Laufzeit für die elektrische Last 10 anzuzeigen. Darüber hinaus kann die MMS 26 ausgelegt sein, um Fehler- und Diagnosecodes anzuzeigen, um den Benutzer über Steckverbinderfehler, interne Fehler usw. in Kenntnis zu setzen. Die MMS 26 kann einen oder mehrere Anzeigen 28 umfassen, etwa eine Strom-Ein/Aus-Anzeige, eine Anzeige für laufende Energieübertragung und dergleichen. Beispielsweise können solche Anzeigen in Form einer LED vorliegen. Die MMS 26 kann ferner eine oder mehrere Tasten 29 umfassen, etwa eine Taste, die gedrückt werden kann, um das EVETA 6 ein- und auszuschalten, eine Taste, die gedrückt werden kann, um einen Energieübertragungsvorgang zu starten und/oder zu beenden usw.
4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Elektronikanordnung 14. In diesem veranschaulichenden Beispiel umfasst die Elektronikanordnung 14 ein Steuermodul 30 und ein Energieumwandlungsmodul (ECM) 32. Das Steuermodul 30 kann ausgelegt sein, um einen Energieübertragungsvorgang zu koordinieren und zu steuern, während das ECM 32 ausgelegt sein kann, um Energie von der ESD 8 zu empfangen und der Last 10 Energie bereitzustellen. Beispielsweise kann das ECM 32 an die Hoch- und Niedrigspannungsbusleiter des Kabels 16 gekoppelt sein, um Energie von der ESD 8 zu empfangen. Das ECM 32 kann Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination davon umfassen. Beispielsweise kann das ECM 32 einen Gleichstrom-Wechselstrom-(DC/AC-)Inverter 34 und einen Gleichstrom-Gleichstrom-(DC/DC-)Wandler 36 umfassen. Der Gleichstrom-Wechselstrom-Inverter 34 kann ausgelegt sein, um eine Gleichstromspannung von der EV-ESD 8 zu empfangen und diese in eine Wechselstromspannung umzuwandeln, die als Ausgabe am Wechselstrom-(AC-)Ausgang 20 bereitgestellt werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 36 ausgelegt sein, um eine Gleichstromspannung von der ESD 8 zu empfangen und diese in eine niedrigere Spannung umzuwandeln, die am Gleichstromausgangs-(DC-)Steckverbinder 22 bereitgestellt werden kann. Beispielsweise, nicht jedoch ausschließlich, kann der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 36 ausgelegt sein, um eine Niedrigspannungsausgabe von etwa 12 V bereitzustellen.
Die Elektronikanordnung 14 kann ferner ein Eingangsmessmodul (IMM) 38 und ein Ausgangsmessmodul (OMM) 40 umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform können das IMM 38 und OMM 40 von anderen Bauteilen der Elektronikanordnung 14 galvanisch getrennt sein. Das IMM 38 kann ausgelegt sein, um die Spannung zu messen, die dem ECM 32 bereitgestellt wird, und in einer beispielhaften Ausführungsform kann es ferner ausgelegt sein, um den Strom zu messen, der dem ECM 32 bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das IMM 38 einen Spannungssensor und einen Stromsensor umfassen, die ausgelegt sind, um Spannung und Stromstärke an den Gleichstromzwischenkreisspannungsleitungen des Kabels 16 zu messen. Beispielsweise kann das IMM 38 einen Differenzverstärker umfassen, der ausgelegt ist, um die Gleichstromzwischenkreisspannung zu messen, die vom EV 4 empfangen wird. Darüber hinaus kann das IMM 38 einen Hall-Effekt-Sensor umfassen, der am Kabel 16 angeordnet ist, um ankommenden Strom vom EV 4 zu messen. Das OMM 40 kann ausgelegt sein, um die Ausgabewerte vom ECM 32 zu messen. Beispielsweise kann das OMM 40 einen ersten Spannungssensor, der ausgelegt ist, um die Ausgabespannung des Gleichstrom-Wechselstrom-Inverters 34 zu erfassen, und einen zweiten Spannungssensor, der ausgelegt ist, um die Ausgabespannung des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 36 zu messen, umfassen. Gleichermaßen kann das OMM 40 einen ersten Stromsensor, der ausgelegt ist, um die Stromausgabe des Gleichstrom-Wechselstrom-Inverters 34 zu erfassen, und einen zweiten Stromsensor, der ausgelegt ist, um die Stromausgabe des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 36 zu messen, umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um die Messungen des IMM 38 und OMM 40 zu empfangen, um den Betrieb des ECM 32 zu überwachen und zu steuern. Wie das IMM 38 kann auch das OMM 40 ausgelegt sein, um erfasste Ausgabewerte dem Steuermodul 30 bereitzustellen.
Das EVETA 6 kann ausgelegt sein, um galvanische Trennung zwischen dem Gleichstromzwischenkreis, der am EVETA 6 empfangen wird, und dem Wechselstromausgang 20 aufrecht zu erhalten, sowie zwischen dem Gleichstromzwischenkreis und dem Fahrgestellboden des EV 4. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das EVETA 6 ausgelegt sein, um mit dem EV 4 zusammenzuarbeiten, um diese galvanische Trennung aufrecht zu erhalten und Isolationsverlust zu erfassen. Das Steuermodul 30 kann Hardware, Software oder eine Kombination davon umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30 eine Mikrosteuerung oder andere Rechen- und/oder Verarbeitungsvorrichtung mit eingebetteter Software umfassen. Die Software kann an der Mikrosteuerung ausführbar sein und kann eine Logik umfassen, die ausgelegt ist, um Datenübertragung und Steuersignalübertragung auszuführen, sowohl innerhalb der EVETA 6 als auch zwischen der EVETA 6 und dem EV 4, sowie eine Logik zur Ausführung von Operationen in Verbindung mit der Funktionalität des Steuermoduls 30. Das Steuermodul 30 kann einen Festwertspeicher (ROM) zur Speicherung von Logik und Anweisungen umfassen, sowie einen Direktzugriffsspeicher (RAM) zur Speicherung von Daten, die in Echtzeit während des Betriebs des EVETA 6 empfangen werden.
Wie nachstehend genauer erläutert ist, kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um eine Reihe von Aufgaben auszuführen, die umfassen können, nicht jedoch eingeschränkt sind auf: Energieübertragungsautorisierung, Fehlererkennung, Start und Beendigung eines Energieübertragungsvorgangs, Invertersteuerung, Überwachung eines EVETA-Zustands und Überwachung des ESD-Ladezustands eines EV. Das Steuermodul 30 kann ausgelegt sein, um einen Autorisierungsvorgang durchzuführen oder zu vereinfachen, um vor Energiediebstahl durch einen nicht autorisierten Benutzer zu schützen. Verschiedene Schemata können umgesetzt werden, um einen Energieübertragungsvorgang zu autorisieren. Beispielsweise kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um mit der MMS 26 zusammenzuarbeiten, um ein Passwort, einen Benutzeridentifikationscode, einen Autorisierungscode oder dergleichen zu empfangen, bevor ein Energieübertragungsvorgang gestartet wird. Das Steuermodul 30 kann ausgelegt sein, um einen empfangenen Autorisierungscode mit einem Code zu vergleichen, der vorher am Steuermodul 30 gespeichert wurde, um einen Benutzer zu validieren und den Energieübertragungsvorgang zu autorisieren. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Code, der am Steuermodul 30 gespeichert ist, einem bestimmten Fahrzeug zugeordnet sein. Da verschiedene Fahrzeuge unterschiedliche Codes aufweisen können, kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um sowohl einen Fahrzeugcode als auch einen Autorisierungscode zu empfangen, und kann ausgelegt sein, um zu bestimmen, ob beide mit einem Fahrzeug- und Autorisierungscodepaar übereinstimmen, das vorher am EVETA 6 gespeichert wurde.
Es ist vorgesehen, dass das EV 2 ausgelegt sein kann, um einen gewissen Grad an Kontrolle über die Entladung der ESD 8 auszuüben, beispielsweise kann es erfordern, dass ein Benutzer autorisiert sein muss, bevor ein Übertragungsvorgang beginnen kann, und es kann erfordern, dass während des Übertragungsvorgangs veröffentlichte Energiegrenzen eingehalten werden. Demgemäß kann das Steuermodul 30 in einer beispielhaften Ausführungsform ausgelegt sein, um einen empfangenen Benutzeridentifizierungs- oder -autorisierungscode dem ESDCM 9 am EV 4 bereitzustellen, das ausgelegt sein kann, um zu bestimmen, ob der empfangene Code mit einem gespeicherten vorbestimmten Code übereinstimmt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30 für Datenübertragung mit dem ESDCM 9 über vorbestimmte Protokolle ausgelegt sein, wie etwa den in der Norm SAE J1772 beschriebenen. Beispielsweise kann das Steuermodul 30 über eine Datenübertragungsverbindung, die vom Kabel 16 und dem Steckverbinder 18 ermöglicht wird, etwa durch die Pilotleitungsverbindung am T4 und die Masseleitungsverbindung am T3, ausgelegt sein, um mit einem Gateway-Modul (nicht dargestellt) zu kommunizieren, das ausgelegt sein kann, um Meldungen vom Steuermodul 30 zu empfangen und sie im geeigneten Format dem ESDCM 9 bereitzustellen. Das ESDCM 9 kann dann einen Benutzerauthentifizierungs- und/oder -autorisierungsvorgang ausführen und die Ergebnisse durch das Gateway-Modul zurück an das Steuermodul 30 übertragen. Das Steuermodul 30 kann dann mit der MMS 26 zusammenarbeiten, um einen Benutzer zu informieren, dass der Übertragungsvorgang autorisiert oder verweigert ist.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um die unmittelbare Nähe eines Schlüssels oder Schlüsselanhängers beim EV 4 als Teil eines Autorisierungsvorgangs zu erfassen. Beispielsweise kann ein Empfänger (nicht dargestellt) am EVETA 6 ausgelegt sein, um ein Signal zu empfangen, das von einem Schlüssel oder Schlüsselanhänger eines EV 4 ausgesendet wird. Das Steuermodul 30 kann ausgelegt sein, um einen Übertragungsvorgang zu autorisieren, wenn ein Signal erfasst wird und einer oder mehrerer seiner Parameter, wie etwa Frequenz, mit einem Signalparameter übereinstimmen, der dem EV 4 zugeordnet ist und vorher am Steuermodul 30 gespeichert wurde. Alternativ dazu kann ein Identifizierungscode, der einem mit HF ausgestattetem Schlüssel/Schlüsselanhänger für das EV 4 zugeordnet ist, dem EVETA 6 zugeordnet sein und am Steuermodul 30 gespeichert sein. Ein Empfänger an der Elektronikanordnung 14 kann ausgelegt sein, um ein Signal von einem nahen Schlüssel zu empfangen, seine ID zu erfassen und diese dem Steuermodul 30 zum Vergleich mit einem oder mehreren vorher gespeicherten Schlüssel-ID-Codes bereitzustellen. In einer weiteren Ausführungsform, wie oben beschrieben, kann das Steuermodul 30 den Schlüsselcode dem ECDCM 9 am EV 4 zur Benutzervalidierung und Energieübertragungsautorisierung bereitstellen. Alternativ dazu kann der HF-ID-Erfassungsvorgang am EV 4 erfolgen und seine Ergebnisse können zum Steuermodul 30 übertragen werden. Es wird davon ausgegangen, dass Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung weitere Autorisierungsschemata bekannt sind.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um einen Energieübertragungsvorgang zu autorisieren/zuzulassen, nachdem ein Benutzer authentifiziert wurde. Es ist jedoch vorgesehen, dass das Steuermodul 30 ausgelegt sein kann, um andere Aufgaben als Teil eines Autorisierungsvorgangs auszuführen, einschließlich der Herstellung einer Datenübertragung mit dem EV 4 und dem Bestätigen der Abwesenheit von kritischen Fehlern am EV 4 und/oder EVETA 6, indem das Vorhandensein von Fehlern überprüft wird. Das Steuermodul 30 kann ausgelegt sein, um eine Autorisierung zu verweigern, wenn keine Datenverbindung hergestellt werden kann oder ein kritischer Fehler erkannt wird. Das Steuermodul 30 kann ausgelegt sein, um einen Energieübertragungsvorgang zu starten und zu stoppen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um, nachdem ein Übertragungsvorgang autorisiert wurde, ein Startsignal an das ESDCM 9 zu senden, das ausgelegt sein kann, um als Reaktion ein Relais zu schließen, um die ESD-8-HV-Hoch- und -Niedrigspannungsbusse mit den Anschlüssen 6 und 7 des Steckverbinders 18 zu verbinden. In einer beispielhaften Ausführungsform können zusätzliche Relais (nicht dargestellt) am EVETA 6 angeordnet sein, um Hoch- und Niedrigspannungsbusleitungen im Kabel 16 an die Elektronikanordnung 14 zu koppeln, und das Steuermodul 30 kann ausgelegt sein, um die zusätzlichen Relais zu schließen, um einen Energieübertragungsvorgang zu ermöglichen. Beispielsweise kann das EVETA 6 eine Vorladeschaltung 31 umfassen, um den Einschaltstrom zu beschränken, wenn eine Übertragungsvorgang beginnt. Darüber hinaus kann ein EVETA Sicherheitsrelais, Schütze, Schalter oder dergleichen umfassen, um eine EV-Verbindung durch das Kabel 16, den Wechselstromausgang 20 oder den Gleichstromausgang 22 in Übereinstimmung mit Sicherheitsstandards und -vorschriften physisch zu trennen.
Das Steuermodul 30 kann auch ausgelegt sein, um Fehlerzustände vor und während einer Energieübertragung zu überwachen. Beispielsweise, nicht jedoch einschränkend, können die Fehlerarten, die überwacht werden können, den Verlust von Sicherheitsmasse, den Verlust von Hochspannungsisolation, der Verlust von Datenübertragung, Hitzefehler am Steckverbinder 18 und Unterbrechung der Energieübertragung umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Fehlererkennung am EV 4 ausgeführt werden. Wenn ein Fehler am EV 4 erkannt wird, kann eine Fehlermeldung über die Pilot- und Masseleitungen zwischen dem EV 4 und dem Steuermodul 30 zum Steuermodul 30 übermittelt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das EVETA ausgelegt sein, um das Vorhandensein eines Fehlers, wie etwa einer schlechten Verbindung zwischen einem EV-Ladeeingang und dem Steckverbinder 18, eines Versagens einer Datenübertragungsverbindung oder eines Fehlers am EVETA selbst, zu erfassen. Beispielsweise kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um einen Ausfall von Datenübertragung mit dem EV 4, eine Unterbrechung von Energieübertragung zwischen dem EV 4 und dem EVETA 6 oder eine Unterbrechung von Energieübertragung zwischen dem EVETA 6 und der Last 10 zu erfassen. Sensordaten vom IMM 38 können verwendet werden, um zu bestimmen, ob es einen Verlust von Konnektivität zwischen dem EVETA 6 und dem EV 4 gibt. Beispielsweise können ein Verlust einer Daten- oder Steuerverbindung zwischen dem EVETA 6 und dem EV 4 oder Eingangsstrom- oder -spannungswerte, die unter einer vorbestimmten Schwelle liegen, einen Konnektivitätsfehler anzeigen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Steuerung 30 ausgelegt sein, um den Betrieb des ECM 32 zu überwachen, um es auf Fehler zu prüfen. Beispielsweise kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um Daten zu empfangen, die es vom OMM 44 empfangen hat, um zu bestimmen, ob Ausgabewerte vom ECM 32 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegen.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Fehlererkennungsmodul (FDM) 46 am EVETA 6 ausgelegt sein, um Isolationsfehler zu erkennen und diese an das Steuermodul 30 zu melden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das FDM 46 einen Massefehlerdetektor für Wechselstrom- oder Wechselstrom/Gleichstrom-Systeme umfassen, wie etwa Massefehlerdetektoren für Elektrofahrzeuge der Reihe Bender^TM IR-155 03-04 oder der Reihe Bender^TM IR-155 10. Die Bender-Geräte können als Leiterplatten mit kleinen Anschlussflächen und verschiedenen Eingangs- und Ausgangsoptionen ausgeführt sein, die in der Elektronikanordnung 14 integriert sein können. Beispielsweise kann das Steuermodul 30 mit Isolationssollwerten gemäß Industrie- und/oder Herstellerstandards vorprogrammiert sein. Das Steuermodul 30 kann ausgelegt sein, um als Reaktion auf die Erkennung eines Isolationsfehlers, entweder am EV 4 oder am EVETA 6, einen Fehlerbericht an das ESDCM 9 über eine Datenübertragungsverbindung mit dem EV 4, die durch das Kabel 16 und den Steckverbinder 18 bereitgestellt ist, zu senden. Das ESDCM 9 kann auf vorbestimmte Weise reagieren, um die Beendigung des Ladeübertragungsvorgangs zu koordinieren. Darüber hinaus kann einem Benutzer ein Fehlercode an der MMS 26 angezeigt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um auf eine ähnliche Weise auf die Erkennung von anderen Fehlern als Isolationsfehlern zu reagieren. Es ist jedoch vorgesehen, dass eine Fehlererkennungsreaktion an einem EVETA umfassen kann, dass das Steuermodul 30 eine Operation des EVETA 6 als Reaktion auf eine Fehlererkennung anpasst oder beendet. Neben der Überwachung von Fehlerzuständen kann das Steuermodul 30 auch ausgelegt sein, um einen EVETA-Zustand zu überwachen. Beispielsweise kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um eine EVETA-Innentemperatur zu überwachen, sodass ein Energieübertragungsvorgang beendet werden kann, wenn Innentemperaturen einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten. Beispielsweise kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um Temperaturdaten von einem Temperatursensor (nicht dargestellt), der am EVETA 6 angeordnet ist, zu empfangen und die Temperatur mit einer vorbestimmten Maximaltemperatur zu vergleichen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Hochleistungs-EVETA einen Ventilator oder eine andere Vorrichtung umfassen, um die Wärmeableitung zu verbessern und die Wahrscheinlichkeit eines hitzebezogenen Fehlers zu verringern. Darüber hinaus kann das EVETA ausgelegt sein, um die Temperatur am Steckverbinder 18 zu überwachen und einen Fehler zu erkennen, wenn die Temperatur des Steckverbinders 18 einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Beispielsweise kann ein Temperatursensor am Kabel 16 angeordnet sein.
Um eine übermäßige Entladung einer Fahrzeugbatterie während eines Energieübertragungsvorgangs zu verhindern, kann ein EVETA ausgelegt sein, um den Vorgang zu beenden, wenn eine vorbestimmten Ladezustandsgrenze erreicht ist. Beispielsweise kann ein Benutzer aufgefordert werden, eine mindestens erforderliche Ladezustandsgrenze an der MMS 26 bereitzustellen, bevor ein Energieübertragungsvorgang begonnen wird. Die Mindestgrenze kann die Energiemenge widerspiegeln, die erwartungsgemäß erforderlich ist, damit das Geberfahrzeug von einem Energieübertragungsort zu einem gewünschten Ziel fahren kann. Beispielsweise kann einem Benutzer eine Ladezustand-Mindestgrenze von einem Navigationsmodul am EV 4 bereitgestellt werden, das ausgelegt sein kann, um einen Routenoptimierungsalgorithmus zu verwenden, der verschiedene Daten wie Sonnenstand, Umgebungsdaten, Zustandsdaten des EV 4, Regionstopographie, aktuelle Position, Zielposition und Verkehrskontrollparameter einsetzt, um die Lademenge zu bestimmen, die erforderlich ist, um eine bestimmte Distanz zu fahren (etwa die Distanz zurück zur Basis oder nach Hause). Beispielsweise kann ein Navigationsmodul ausgelegt sein, um Routeninformationen basierend auf einem Batterieladezustand bereitzustellen, wie im US-Patent Nr. 7.865.298 von Macneille und Loftus mit dem Titel "System and Method for Providing Route Information to a Driver of a Vehicle", das am 4. Januar 2011 herausgegeben wurde und als Ganzes durch Verweis hierin aufgenommen ist, gelehrt wird. Das Steuermodul 30 kann ausgelegt sein, um die vom Benutzer empfangene vorbestimmte Ladezustandsgrenze zu speichern.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um den Ladezustand der ESD 8 zu überwachen und eine Energieübertragung zu beenden, wenn eine vorbestimmte Ladezustandsgrenze erreicht ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um Ladezustandsaktualisierungen vom EV 4 über eine Datenübertragungsverbindung zu empfangen, die am Steckverbinder 18 und am Kabel 16 bereitgestellt ist, oder alternativ dazu über eine separate Schnittstelle (nicht dargestellt). Beispielsweise kann das ESDCM 9 ausgelegt sein, um die Ladezustandsgrenze der ESD 8 dynamisch zu berechnen und diese auf einem CAN-System für das EV 4 anzuzeigen. Ein Gateway-Modul am EV 4 kann die Meldung erkennen und nach Bedarf umformatieren, um sie über das Kabel 16 dem EVETA 6 bereitzustellen. Das Steuermodul 30 kann den empfangenen Ladezustand mit der vorbestimmten Ladezustandsgrenze vergleichen. Das Steuermodul 30 kann ausgelegt sein, um einen Energieübertragungsvorgang als Reaktion auf eine Benutzereingabe (etwa indem ein Benutzer ein EVETA abschaltet), als Reaktion auf eine Fehlererkennung oder als Reaktion auf das Erreichen einer vorbestimmten Ladezustandsgrenze beenden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein EVETA ausgelegt sein, um einen vorbestimmten Beendigungsvorgang in Abstimmung mit dem ESDCM 9 auszuführen. Beispielsweise kann das EVETA ausgelegt sein, um eine Meldung an das ESDCM 9 zu senden, dass es die Ladeschütze öffnen soll, welche die ESD 8 mit dem Ladeeingang 10 koppeln. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um den Leistungspegel auf null abzusenken und den Betrieb des ECM 32 als Teil der Durchführung eines Beendigungsvorgangs abzuschalten.
Das Steuermodul 30 kann ausgelegt sein, um einen Energieübertragungsvorgang zu steuern, der vom EVETA 6 in Abstimmung mit dem ESDCM 9 ausgeführt wird. Eine primäre Steuerschnittstelle mit dem ESDCM 9 dient dazu, Schließen eines Ladeschützes für die ESD 8 anzufordern und Energieübertragung von der ESD 8 zu verwalten. Ein primäres Mittel zur Steuerung der Systemverbindung mit dem ESDCM 9 ist durch Leistungsgrenzen. Diese Informationen können vom ESDCM 9 auf einer Datenverbindung zum Steuermodul 30 übertragen werden. Die Leistungsgrenzen zeigen die Wattleistung an, welche die ESD 8 bereitzustellen in der Lage ist. Das Steuermodul 30 kann diese Informationen verwenden, um die Leistung, die vom Gleichstrom-Wechselstrom-Inverter 34 zum Wechselstromausgang 20 bereitgestellt wird, und die Leistung und Spannung, die vom Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 36 zum Gleichstromausgang 22 bereitgestellt wird, zu steuern.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um mit der Netzschnittstelle 24 zusammenzuarbeiten, um eine Wechselstromspannung von 60 Hz des Gleichstrom-Wechselstrom-Inverters 34 mit der eines gekoppelten Stromnetzes zu synchronisieren. Darüber hinaus kann das Paar ausgelegt sein, um Kompatibilitätsprobleme zwischen dem EV 4 und dem gekoppelten Netz zu lösen, und es kann ausgelegt sein, um eine Schnittstelle mit lokaler Energieverwaltung eines gekoppelten Netzes bereitzustellen. Das EVETA 6 kann ferner mit Schutzvorrichtungen ausgelegt sein, um Wartungspersonal zu schützen, das eventuell eine Schaltung wartet, an die ein EVETA gekoppelt ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um eine Laufzeit für eine Ladung zu bestimmen, die an das EVETA 6 gekoppelt ist. Beispielsweise kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um die vom OMM 40 mitgeteilte Ausgabe des ECM 32, den vom EV 4 bereitgestellten aktuellen Ladezustand der ESD 8 und eine vorbestimmte Ladezustandsgrenze zu verwenden, um eine erwartete Laufzeit für eine Last 10 zu bestimmen, die einem Benutzer auf der Anzeige 25 der MMS 26 angezeigt werden kann.
5 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 50 zur Übertragung von Energie von einer EV-ESD zu einer Last außerhalb eines EV. Bei Block 52 kann ein EVETA eingeschaltet werden. Beispielsweise kann das Zusatzkabel 15 an einen 12V-Leistungsausgang am EV 4 gekoppelt werden und ein Benutzer kann einen An/Aus-Schalter 29 drücken. Bei Block 54 kann ein EV angekoppelt werden. Der Steckverbinder 18 des EVETA-Kabels 16 kann beispielsweise in einen Ladeeingang am EV 4 eingreifen. Bei Block 56 kann ein Autorisierungsvorgang durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Identifizierungscode am Steuermodul 30 entweder von der MMS 26 oder von einem Empfänger (nicht dargestellt) am EVETA 6 empfangen werden und mit einem oder mehreren Codes verglichen werden, die zuvor am Steuermodul 30 dem EV 4 zugeordnet gespeichert wurden. Wenn der bei Block 56 durchgeführte Vergleich in einer Übereinstimmung resultiert, kann eine Übertragung autorisiert werden, wenn nicht, kann eine Übertragung abgelehnt werden. Jeglicher Fehlererkennungsvorgang, der zur Autorisierung erforderlich ist, kann ebenfalls durchgeführt werden, sowie auch eine Ladezustandsprüfung der ESD 8, und die Ergebnisse können am Steuermodul 30 empfangen werden. Bei Entscheidungsblock 58 können die Ergebnisse des Autorisierungsvorgangs verarbeitet und angewandt werden. Wenn beispielsweise ein Benutzer authentifiziert wurde und keine Fehlerstatuszeichen empfangen wurden, wird eine Übertragung autorisiert und das Verfahren 50 kann zu Block 60 fortschreiten. Wenn jedoch der Identifizierungscode mit keinem der zuvor gespeicherten Codes übereingestimmt hat oder wenn ein Fehlersignal empfangen wurde, wird die Autorisierung verweigert und das Verfahren 50 kann bei Block 74 enden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann "AUTORISIERUNG VERWEIGERT" oder eine andere Fehlermeldung an der MMS 26 angezeigt werden, um einen Benutzer darüber zu informieren, dass der Übertragungsvorgang nicht ausgeführt wird. Bei Block 60 kann eine elektrische Last angekoppelt werden. Beispielsweise kann ein Stecker eines Verlängerungskabels, das mit einem elektrischen Bohrer gekoppelt ist, am Ausgang 20 aufgenommen werden. Bei Block 62 kann eine Ladezustandsgrenze empfangen werden. Beispielsweise kann eine Ladezustandsgrenze am Steuermodul 30 über eine Benutzereingabe an der MMS 26 empfangen werden. Bei Block 64 kann Energie zwischen einer EV-ESD und der Last übertragen werden. Wie hierin zuvor erläutert kann das EVETA 6 ausgelegt sein, um einen Energieübertragungsvorgang zu steuern. 6 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 80, durch das Energie übertragen werden kann. Bei Block 82 kann eine Steuermeldung zum EV 4 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann das Steuermodul 30 ein Signal "KONTAKTE SCHLIESSEN" zum ESDCM 9 über das Kabel 16, den Steckverbinder 18, den Ladeeingang 19 am EV 4, und ein Gateway-Modul am EV 4 (nicht dargestellt), das zur Datenübertragung an den Ladeeingang 19 des EV 4 gekoppelt ist und das zur Datenübertragung mit dem ESDCM 9 ausgelegt ist, senden. Das Steuersignal kann ausgelegt sein, um das ESDCM 9 dazu zu veranlassen, Kontakte zu schließen, die einen Gleichstromzwischenkreis der ESD 8 mit einem Ladeeingang 19 des EV 4 koppeln. Bei Block 84 kann Energie von der ESD 8 empfangen werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann zur Vermeidung von Schäden an der Elektronikanordnung durch raschen Einschaltstrom der Vorladeschaltung 31 anfangs ein Gleichstromspannungsbus bereitgestellt werden, bis die Busspannung ausreichend hoch ist, zu welchen Zeitpunkt die Vorladeschaltung umgangen werden kann. Beispielsweise kann eine Gleichstromspannung am ECM 32 über Hoch- und Niedrigspannungsbusleitungen im Kabel 16 empfangen werden. Bei Block 86 kann am EVETA 6 empfangene Energie umgewandelt werden. Beispielsweise kann eine am ECM 32 empfangene Gleichstromspannung am Gleichstrom-Wechselstrom-Inverter 34 in eine Wechselstromspannung umgewandelt werden. Bei Block 88 kann eine Ausgabe von umgewandelter Spannung bereitgestellt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Ausgabe von umgewandelter Spannung eine Hoch- oder Niedrigspannung-Wechselstromspannungsausgabe oder eine Niedrigspannung-Gleichstromausgabe umfassen. Beispielsweise kann eine 120V-Wechselspannung, die am Gleichstrom-Wechselstrom-Inverter 34 erzeugt wird, als Ausgabe am Wechselstromausgang 20 bereitgestellt werden.
Wieder auf 5 Bezug nehmen kann das Verfahren 60 bei Block 66 fortfahren, wo eine Prüfung durchgeführt werden kann, um zu sehen, ob ein Fehler vorhanden ist. Beispielsweise kann das Steuermodul 30 prüfen, ob ein Fehlerstatuszeichen gesendet wurde. Ein Fehlerstatuszeichen kann beispielsweise als Reaktion auf den Empfang eines Fehlersignals vom ESDCM 9 oder vom FDM 46, als Reaktion auf vom IMM 38 oder OMM 40 empfangene Signale oder als Reaktion darauf, dass erwartete Datenübertragungen vom EV 4 nicht empfangen wurden, gesetzt werden. Wenn ein Fehler vorhanden ist, kann der Energieübertragungsvorgang bei Block 72 enden, ansonsten kann das Verfahren 50 bei Block 68 fortsetzen, wo bestimmt werden kann, ob ein ESD-Ladezustand eine vorbestimmte Ladezustandsgrenze überschreitet. Beispielsweise kann das Steuermodul 30 einen aktuellen Ladezustand der ESD 8 durch das ESDCM 9 mit einer vorbestimmten Grenze vergleichen, die von einem Benutzer erhalten wurde und am Steuermodul 30 gespeichert wurde. Wenn der aktuelle ESD-Ladezustand die vorbestimmte Grenze überschreitet, kann das Verfahren 50 mit Block 70 fortfahren, ansonsten kann das Verfahren 50 bei Block 72 beendet werden. Bei Block 70 kann bestimmt werden, ob ein Benutzer den Energievorgang manuell beendet hat. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob ein Benutzer eine Stopptaste an der MMS 26 gedrückt hat. Wenn nicht, kann das Verfahren bei Block 64 fortsetzen, wenn ja, kann der Übertragungsvorgang bei Block 72 beendet werden. Beispielsweise kann bei Block 72 das Steuermodul 30 ein Signal "KONTAKTE ÖFFNEN" zum ESDCM 9 bereitstellen, das dieses dazu veranlassen kann, Kontakte zwischen der ESD 8 und einem Ladeeingang am EV 4 zu öffnen, um den Stromfluss zwischen der ESD 8 und dem EVETA 6 zu stoppen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das EVETA 6 ausgelegt sein, um eine kontrollierte Abschaltung auszuführen, bei der Strom auf null gesenkt wird, bevor die Ladekontakte des EV 4 geöffnet werden, um zu verhindern, dass während der Abkopplung des EVETA 6 Kontakte zusammengeschweißt werden oder die Benutzersicherheit gefährdet wird. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30 fortfahren, die Ausgabe des EVETA 6 zu überwachen, bis die Messung des IMM 38 und des OMM 40 anzeigen, dass die Spannungszufuhr und Spannungsausgabe am ECM 32 bei oder unter einem vorbestimmten Maximum liegt. Ein beispielhaftes Verfahren kann ferner Überwachen von Spannungsniveaus an Ladeeingangsanschlüssen umfassen, die Hoch- und Niedrigspannungsbussen der ESD 8 zugeordnet sind. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Vorlade-Umgehungsschalter an der Vorladeschaltung 31 vom Steuermodul 30 geöffnet werden, wenn der Strom am ECM 32 mit null bestimmt wird. Wenn bestimmt wird, dass alle überwachten Spannungen innerhalb vorbestimmter Sicherheitsbereiche liegen, kann das Steuermodul 30 ausgelegt sein, um bei Block 74 mit der MMS 26 zusammenzuarbeiten, um einem Benutzer eine Meldung anzuzeigen, dass es sicher ist, den Steckverbinder 18 vom Ladeeingang 19 am EV 4 zu lösen und die Last 10 vom EVETA 6 abzustecken, und das Verfahren kann enden. Ein Benutzer kann dann den Ein/Aus-Schalter drücken, um das EVETA 6 abzuschalten.
Somit stellt die Erfindung ein Gerät, System und Verfahren zur Verwendung der Energie, die in einer Traktionsbatterie eines EV gespeichert ist, zum Betreiben verschiedener elektrischer Lasten außerhalb des Fahrzeugs bereit. Die Erfindung kann in V2H- und V2G-Anwendungen eingesetzt werden, um Stromkosten zu senken oder Notstrom bereitzustellen. Sie kann auch eingesetzt werden, um elektrische Ausrüstung, Werkzeuge und Geräte an abgelegenen Baustellen oder Campingplätzen, die nicht an ein Stromnetz angeschlossen sind, mit Energie zu versorgen. Ihre Tragbarkeit und in sich abgeschlossene Art bringen klare Vorteile und Flexibilität gegenüber V2H-Systemen nach dem Stand der Technik mit sich, die durch die Montage von Steuervorrichtungen und Stromrichtern an einem stationären Gebäude eingeschränkt sind. Ein EVETA kann ausgelegt sein, um eine Energieübertragung durchzuführen, während sichergestellt wird, dass die Batterie ausreichend Ladung aufweist, um ein Fahrzeug bis zu einer gewünschten Wiederaufladedestination mit Energie zu versorgen. Ein Gerät der Erfindung kann sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromausgaben umfassen und kann verwendet werden, um mehrere Geräte gleichzeitig mit Energie zu versorgen. Es kann ausgelegt sein, um eine Benutzereingabe zu empfangen und es einem Benutzer zu ermöglichen, einen Energieübertragungsvorgang jederzeit zu beenden. Ein EVETA kann verbraucherbezogene, gewerbliche und sogar militärische Anwendungen aufweisen. Truppen werden häufig an abgelegene Orte entsandt, wo es keine öffentlichen Versorgungsbetriebe gibt. Ironischerweise kann gerade an eben diesen Orten die Möglichkeit zu kommunizieren, Operationen auf einem Rechner auszuführen, Wärme bereitzustellen oder medizinische Geräte, Werkzeuge oder andere Arten von Geräten zu betreiben, am vordringlichsten sein. Es mag gegebenenfalls zwar ein Generator verfügbar sein, um notwendigen Energiebedarf zu decken, sein Geräuschpegel kann jedoch ziemlich hoch und offensichtlich sein, und sein Transport nimmt wertvollen Frachtraum auf einem militärischen Transportfahrzeug ein. Die Fähigkeit des EVETA, den Strombedarf von Soldaten auf effiziente, stille, dezente Weise zu decken, kann in manchen Fällen entscheidend für das Überleben einer Truppe sein. Ein Soldat, der ein Elektrofahrzeug bedient, kann sowohl seinen Transport- als auch seinen Energiebedarf decken, wenn er ein EVETA mitführt. Da es ausgelegt ist, um einen Autorisierungsvorgang durchzuführen, wird verhindert, dass es dem Feind hilft oder ihm einen Vorteil verschafft, falls es in feindliche Hände fällt.
Nach Bedarf wurden hierin veranschaulichende Ausführungsformen offenbart, die Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt. Wie Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung erkennen werden, können Aspekte der Erfindung auf unterschiedliche Arten ausgeführt sein, sodass beispielsweise hierin beschriebene Module und Programme kombiniert, umgeordnet und unterschiedlich ausgelegt sein können. Verfahren sind nicht auf die hierin beschriebene spezifische Abfolge beschränkt, und es können verschiedene Schritte oder Vorgänge hinzugefügt, weggelassen oder kombiniert werden. Die Erfindung umfasst alle Systeme, Geräte und Verfahren innerhalb des Schutzumfangs der beiliegenden Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2011/0204720 [0002]
US 7865298 [0033]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm Electric Vehicle and Plug-in Hybrid Electric Vehicle Conductive Charge Coupler Standard (J1772) der Society of Automotive Engineers (SAE) entspricht, die im Januar 2013 [0017]
SAE J1772 [0017]
Norm SAE J1772 [0019]
Norm SAE J1772 [0028]
“System and Method for Providing Route Information to a Driver of a Vehicle”, das am 4. Januar 2011 [0033]

Claims

System, umfassend: ein Elektrofahrzeug (EV); und ein EV-Energieübertragungsgerät (EVETA), das eine Elektronikanordnung umfasst, die in einem tragbaren Gehäuse eingeschlossen ist, wobei das EVETA ausgelegt ist, um eine externe Wechselstromlast zu empfangen, wobei das EVETA ausgelegt ist, um an das EV gekoppelt zu werden, wobei das EVETA ausgelegt ist, um Energie von einer Energiespeichervorrichtung (ESD) am EV zu einer elektrischen Last außerhalb des EV und des EVETA zu übertragen.
System nach Anspruch 1, wobei die Last ein Stromnetz umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Last ein transportables elektrisches Gerät umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei das EVETA ausgelegt ist, um eine Gleichstromausgabe bereitzustellen.
System nach Anspruch 1, wobei das EVETA ausgelegt ist, um eine Wechselstromausgabe bereitzustellen.
Elektrofahrzeug-(EV-)Energieübertragungsgerät (EVETA), umfassend: ein tragbares Gehäuse; eine Elektronikanordnung, die in dem Gehäuse eingeschlossen ist und ausgelegt ist, um Energie zwischen dem EV und einer Last außerhalb des EV und des Gehäuses zu übertragen; wobei das EVETA ausgelegt ist, um eine externe Wechselstromlast zu empfangen; wobei das EVETA ausgelegt ist, um an das EV gekoppelt zu werden; und wobei das EVETA ausgelegt ist, um eine Wechselstromausgabe bereitzustellen.
EVETA nach Anspruch 6, wobei das EV ein Kabel mit einem Steckverbinder umfasst, der ausgelegt ist, um an einen Ladeeingang des EV gekoppelt zu werden.
EVETA nach Anspruch 6, wobei die Elektronikanordnung einen Gleichstrom-Wechselstrom-Inverter umfasst.
EVETA nach Anspruch 6, wobei die Elektronikanordnung einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler umfasst.
EVETA nach Anspruch 6, wobei die Elektronikanordnung für eine Datenübertragung mit dem EV ausgelegt ist.
EVETA nach Anspruch 6, das ferner eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) umfasst.
EVETA nach Anspruch 6, wobei das EVETA ausgelegt ist, um eine Ladezustands-(SOC-)Grenze für eine Energiespeichervorrichtung (ESD) des EV zu empfangen.
EVETA nach Anspruch 6, wobei das EVETA ausgelegt ist, um eine Gleichstromlast zu empfangen.
Verfahren, umfassend: ein tragbares Elektrofahrzeug-(EV-)Energieübertragungsgerät (EVETA), das ausgelegt ist, um eine Wechselstromlast zu empfangen, unter Koppelung an ein EV; wobei das EVETA an eine elektrische Last außerhalb des EV und des EVETA gekoppelt wird; und das EVETA Energie zwischen dem EV und der elektrischen Last überträgt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Übertragen von Energie das Bereitstellen einer Wechselstromausgabe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Übertragen von Energie das Bereitstellen einer Gleichstromausgabe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Last ein Stromnetz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Last ein transportables elektrisches Gerät umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner Durchführen eines Autorisierungsvorgangs vor der Übertragung von Energie umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner Empfangen einer vorbestimmten Ladezustandsgrenze für eine Energiespeichervorrichtung (ESD) am EV umfasst.