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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit einem Ladeanschluss, an welchen ein Ladekabel der Ladeeinrichtung angeschlossen ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Mit zunehmender Kapazität der Energiespeicher teilweise oder vollständig elektrisch angetriebener Kraftfahrzeuge wird die Ladedauer eines solchen Energiespeichers von steigender praktischer Bedeutung für die Nutzerfreundlichkeit des Kraftfahrzeugs. Es wurde beobachtet, dass für das gleiche Kraftfahrzeug bei einer Verbindung mit kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtungen gleichen Typs durchaus unterschiedliche Ladedauern für vergleichbare Ladevorgänge auftreten können. Die Ladedauer hängt mithin vom technischen Zustand der den elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs ladenden Ladeeinrichtung ab. Hierbei spielt insbesondere der Übergangswiderstand an den Kontakten zwischen dem ladeeinrichtungsseitigen Ladekabel und dem kraftfahrzeugseitigen Ladeanschluss eine besondere Rolle, da sich bei steigendem Übergangswiderstand die Ladeleistung reduziert.
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So offenbart
EP 2 995 496 A1 eine Ladeeinrichtung mit einem Stecker, der einem elektrischen Fahrzeug über eine Vielzahl von Steckkontakten elektrische Energie bereitstellt, und mehreren im Stecker angeordneten Temperatursensoren, wobei eine Steuereinheit das Vorliegen einer Überhitzung des Steckers basierend auf einer mittels der Temperatursensoren erfassten Temperatur ermittelt. Beim Überschreiten eines Schwellwerts durch diese Temperatur wird die Ladeintensität reduziert oder das Laden beendet.
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Bei einer solchen Ladeeinrichtung müssen mithin zusätzliche ladeeinrichtungsseitige Temperatursensoren vorgesehen werden. Die Erfassung des technisches Zustands der Ladeeinrichtung erfolgt zudem nur in der Ladeeinrichtung selbst, so dass eine, insbesondere kraftfahrzeugseitige, Weiterverarbeitung einer diesen Zustand beschreibenden Informationen für weitere die Benutzerfreundlichkeit verbessernde Funktionen nicht möglich ist.
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Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur aufwandsärmeren und benutzerfreundlicheren Ermittlung eines Zustands einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein Temperatursensor des Kraftfahrzeugs während des Ladens in oder am Ladeanschluss eine Temperatur erfasst und eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit einer die erfasste Temperatur beschreibenden Temperaturinformation eine Güteinformation ermittelt, welche die Qualität wenigstens eines ladekabelseitigen elektrischen Kontakts bei dessen Kontaktierung am Ladeanschluss beschreibt.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, kraftfahrzeugseitig eine Erwärmung des Ladeanschlusses zu erfassen und in Abhängigkeit der Temperaturinformation eine im Kraftfahrzeug vorliegende Güteinformation zu ermitteln, auf deren Grundlage weitere Nutzerfunktionen realisiert werden können. Diese Erwärmung resultiert insbesondere aus dem Gesamtübergangswiderstand der Kontaktierung des Kontakts des Ladekabels an einem entsprechenden Gegenkontakt des Ladeanschlusses, wobei der Übergangswiderstand des ladekabelseitigen Kontakts mit steigender Zahl der Steckzyklen durch Verschleiß oder durch Alterung zunimmt. Dies führt zu einer Erhöhung der Temperatur im Bereich des Ladeanschlusses während des Ladens im Vergleich zu einem intakten Kontakt. Dementsprechend wird die erfasste Temperatur als Indikator für den Übertragungswiderstand des Kontakts verwendet, welcher gleichzeitig von entscheidenden Einfluss auf die Performanz des Ladevorgangs ist. Dabei macht es sich die Erfindung zunutze, dass eine Vielzahl von, insbesondere teilweise oder vollständig elektrisch antreibbaren, Kraftfahrzeugen bereits einen Temperatursensor mit einem oder mehreren Sensorelementen im Bereich des Ladeanschlusses, der auch als Ladedose bezeichnet wird, aufweisen. Auf Basis der Erfassungsergebnisse des Temperatursensors kann ein Rückschluss auf die Qualität des wenigstens einen elektrischen Kontakts des Ladekabels erfolgen, wobei die Qualität durch die Güteinformation repräsentiert wird.
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Es kann mithin auf aufwändige, zusätzliche Temperatursensoren innerhalb der Ladeeinrichtung verzichtet werden. Damit kann die Güteinformation insbesondere unabhängig von der Ausstattung der Ladeeinrichtung durch das Kraftfahrzeug für eine Vielzahl unterschiedlicher Ladeeinrichtungen ermittelt werden. Zudem liegt die Güteinformation kraftfahrzeugseitig vor und kann für die Benutzerfreundlichkeit des Kraftfahrzeugs verbessernde Funktionen weiterverarbeitet werden.
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Typischerweise wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Ladeeinrichtung mit einem festinstallierten, insbesondere einem durch den Benutzer vor, während und nach den Ladevorgang nicht lösbaren, Ladekabel verwendet. Bevorzugt stellt die Ladeeinrichtung zum Laden des Kraftfahrzeugs eine Gleichspannung bereit, wobei das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich auch auf das Laden das Kraftfahrzeugs mit einem ein- oder mehrphasigen Wechselstrom anwendbar ist. Allerdings sind beim Laden mit Gleichstrom festinstallierte Ladekabel verbreiteter. Die Ladeeinrichtung kann eine, typischerweise öffentlich zugängliche, freistehende Ladeeinrichtung sein, die häufig auch als Ladesäule bezeichnet wird und im öffentlichen Verkehrsraum, beispielsweise in der Nähe von Parkplätzen, bereitsteht. Alternativ kann die Ladeeinrichtung in einem Gebäude installiert sein. Solche Ladeeinrichtungen sind typischerweise nicht öffentlich zugänglich und werden auch als Wandladegeräte oder Wallbox bezeichnet.
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Es wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wenn das Ermitteln der Güteinformation anhand einer Abweichung der erfassten Temperatur von einem vorgegebenen Referenzwert erfolgt. Dieser Referenzwert ist typischerweise in der Steuereinrichtung gespeichert. Vorteilhafterweise beschreibt der Referenzwert eine Temperatur, welche beim Laden des Energiespeichers über einen intakten Kontakt eines Ladekabels auftritt. Als Grundlage der Ermittlung der Güteinformation kann mithin eine durch den Referenzwert beschriebene Temperatur dienen, die sich beim Laden mittels eines unverschlissenen Kontakts des Ladekabels einstellt. Es ist beispielsweise möglich, dass die Temperatur aus einer Kalibrierungsmessung durch den Temperatursensor gewonnen wird. Eine solche Kalibrierungsmessung kann beispielsweise initial mit einer standardisierten Ladeeinrichtung erfolgen, wobei der kraftfahrzeugseitige Temperatursensor selbst die während des Ladens auftretende Temperaturerhöhung in oder am Ladeanschluss erfasst.
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Um den Einfluss des Zustands des kraftfahrzeugseitigen Ladeanschlusses auf den Gesamtübergangswiderstand zu berücksichtigen, kann die Ermittlung der Güteinformation in zusätzlicher Abhängigkeit einer die Qualität wenigstens eines ladeanschlussseitig vorgesehenen Gegenkontakts betreffenden Gegenkontaktinformation erfolgen. Da sich der Gesamtübergangswiderstand aus den Übergangswiderständen des ladekabelseitigen Kontakts und des Gegenkontakts des Ladeanschlusses zusammensetzt, kann die Güteinformation durch die zusätzliche Berücksichtigung der Gegenkontaktinformation weiter präzisiert werden. So fließt in die Ermittlung der Güteinformation auch die Alterung bzw. der Verschleiß der Gegenkontakte des Ladeanschlusses ein.
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Zur Ermittlung der Gegenkontaktinformation kann vorgesehen sein, dass sie eine Anzahl von Verbindungsvorgängen des Ladeanschlusses in der Vergangenheit beschreibt. Eine solche Modellierung des Übergangswiderstands des Gegenkontakts durch die Anzahl an erfolgten Verbindungsvorgängen ermöglicht eine besonders einfache Ermittlung der Gegenkontaktinformation, da zur Erfassung der Anzahl lediglich ein Zähler inkrementiert und steuerungseinrichtungsseitig abgespeichert werden muss.
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Es wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ferner bevorzugt, wenn die Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Güteinformation eine Ausgabeeinrichtung des Kraftfahrzeugs zur Ausgabe eines den Zustand der Ladeeinrichtung und/oder die prognostizierte Dauer des Ladevorgangs anzeigenden Benutzerhinweises ansteuert. Die Ausgabe kann insbesondere optisch, akustisch oder haptisch erfolgen. Die Ausgabeeinrichtung kann beispielsweise ein Kombiinstrument des Kraftfahrzeugs oder ein im Kraftfahrzeug verbauter Bildschirm sein. Ferner kann am Ladeanschluss eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise eine farbige Leuchte, vorgesehen sein, die zumindest beim Vorliegen einer eine unter einem vorgegebenen Schwellwert liegende Qualität beschreibenden Güteinformation angesteuert wird. Bei der Ausgabe des die prognostizierte Dauer des Ladevorgangs anzeigenden Nutzerhinweises wird es ferner bevorzugt, wenn diese Dauer unter zusätzlicher Berücksichtigung der Ladespannung und/oder des Ladestroms und/oder der Ladeleistung erfolgt.
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Alternativ oder zusätzlich kann mit Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Güteinformation oder eine daraus abgeleitete Information in einer kraftfahrzeugseitigen Speichereinrichtung gespeichert und durch ein kraftfahrzeugexternes Lesegerät zur Ausgabe eines den Zustand der Ladeeinrichtung anzeigenden Hinweises ausgelesen wird. Eine solche Speichereinrichtung kann beispielsweise ein Fehlerspeicher des Kraftfahrzeugs sein. Der Nutzer des Kraftfahrzeugs kann dann von einer das Lesegerät verwenden Person, beispielsweise einem Werkstattpersonal im Rahmen einer Instandsetzung oder Wartung des Kraftfahrzeugs, darauf hingewiesen werden, dass ein Kontakt einer verwendeten Ladeeinrichtung nur eine geringe Qualität aufweist. Dies ist besonders zweckmäßig bei gebäudeseitig installierten Ladeeinrichtungen, also beispielsweise der zuvor erwähnten Wallbox. Der Nutzer des Kraftfahrzeugs bzw. der Ladeeinrichtung kann so dazu angeregt werden, eine technische Überprüfung der Ladeeinrichtung zu veranlassen. In diesem Zusammenhang wird es bevorzugt, wenn zusätzlich zur Güteinformation eine die Ladeeinrichtung identifizierende Identifikationsinformation gespeichert wird, so dass ermittelbar ist, welche von möglicherweise mehreren in der Vergangenheit verwendeten Ladeeinrichtungen zu überprüfen ist.
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Außerdem kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Güteinformation mittels einer kraftfahrzeugseitigen Kommunikationseinrichtung an einen kraftfahrzeugexternen Server übertragen wird. Ein solcher Server kann beispielsweise ein Backend sein, das einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen Informationen bereitstellt, beispielsweise im Rahmen eines Flottenmanagements. Auch hier wird es bevorzugt, wenn zusätzlich eine die Ladeeinrichtung identifizierende Identifikationsinformation und/oder eine die Position der Ladeeinrichtung beschreibende Positionsinformation, beispielsweise auf Basis von geodätischen Koordinaten, übertragen wird.
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Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn der Server die Güteinformation oder eine daraus abgeleitete Information an ein anderen Kraftfahrzeug und/oder ein Kommunikationsgerät überträgt, wobei das Kraftfahrzeug und/oder das Kommunikationsgerät in Abhängigkeit der Güteinformation oder abgeleiteten Information einen den Zustand der Ladeeinrichtung anzeigenden Hinweis ausgibt und/oder eine für einen anderen Ladevorgang zu verwendende Ladeeinrichtung auswählt. Ein solches Kommunikationsgerät kann beispielsweise ein tragbares Telefon, insbesondere ein Smartphone, sein, das über einen eine Kommunikationsverbindung mit dem Server herstellenden Internetzugang verfügt. Mithin verteilt der Server die Güteinformation oder die abgeleitete Information an andere Kraftfahrzeuge und/oder Kommunikationsgeräte, so dass deren Benutzern ein Hinweis auf den technischen Zustand von Ladeeinrichtungen in Ihrer Umgebung gegeben werden kann und/oder eine automatisierte Auswahl einer Ladeeinrichtung anhand ihres Zustands erfolgen kann.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner gelöst durch ein Kraftfahrzeug, umfassend einen elektrischen Energiespeicher und einen Ladeanschluss, an welchen ein Ladekabel einer kraftfahrzeugexternen Ladeeinrichtung zum Laden des Energiespeichers anschließbar ist, einen Temperatursensor, welcher zum Erfassen einer Temperatur am oder im Ladeanschluss eingerichtet ist, und eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtete Steuereinrichtung.
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Sämtliche Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, so dass auch mit diesem die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 eine Prinzipskizze einer Anordnung, umfassend ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, eine fahrzeugexterne Ladeeinrichtung und einen Server; und
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2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine Prinzipskizze einer Anordnung 1, umfassend ein Kraftfahrzeug 2, eine fahrzeugexterne Ladeeinrichtung 3 und einen fahrzeugexternen Server 4. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Antriebseinrichtung 5 zu seinem teilweisen oder vollständigen elektrischen Antrieb auf. Zur Versorgung der Antriebseinrichtung 5 ist ein elektrischer Energiespeicher 6 vorgesehen, der über ein Ladesteuergerät 7 mit einem Ladeanschluss 8 des Kraftfahrzeugs 2 verbunden ist.
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An den Ladeanschluss 8 ist ein fest an der Ladeeinrichtung 3 installiertes Ladekabel 9 angeschlossen, wobei Kontakte 10 eines Steckverbinders des Ladekabels 9 mit gegengleich ausgebildeten Gegenkontakten 11 des Ladeanschlusses 8 eine Kontaktierung 12 zum Laden des Energiespeichers 5 bilden. In oder am Ladeanschluss 8 ist ferner ein Temperatursensor 13 vorgesehen, der beispielsweise aus mehreren im Bereich des Ladeanschlusses 8 verteilt angeordneten Sensorelementen gebildet sein kann. Die Kontaktierung 12 weist dabei einen Gesamtübergangswiderstand auf, der sich aus jeweiligen Übergangswiderständen der ladekabelseitigen Kontakte 10 und der ladeanschlussseitigen Gegenkontakte 11 zusammensetzt. Mit zunehmendem Alter und Verschleiß der Kontakte 10 bzw. der Gegenkontakte 11 durch entsprechende Steckzyklen steigen die jeweiligen Übergangswiderstände und dementsprechend auch der Gesamtübergangswiderstand an, was beim Laden des Energiespeichers 5 zu einer erhöhten, durch den Temperatursensor 13 erfassbaren Erwärmung führt.
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Der Temperatursensor 13 ist mit einer Steuereinrichtung 14 des Kraftfahrzeugs 2 verbunden, welche zur Durchführung eines Verfahrens zum Ermitteln eines Zustands der fahrzeugexternen Ladeeinrichtung 3 eingerichtet ist, welches im Folgenden detaillierter erläutert wird:
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2 zeigt ein Flussdiagramm dieses Verfahrens, welches in einem Schritt S1 beginnt, in dem – wie zuvor beschrieben – das Ladekabel 9 am Ladeanschluss 8 angeschlossen ist und der Energiespeicher 5 durch die Ladeeinrichtung 3 geladen wird.
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In einem Schritt S2 erfasst der Temperatursensor 13 in bzw. am Ladeanschluss 8 eine Temperatur und stellt eine diese Temperatur beschreibende Temperaturinformation der Steuereinrichtung 14 bereit. Dabei erfasst der Temperatursensor 13 so lange einen Temperaturverlauf, bis dieser zur Ermittlung der Temperatur einen im Wesentlichen stationären Wert angenommen hat.
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In einem folgenden Schritt S3 ermittelt die Steuereinrichtung 14 in Abhängigkeit der Temperaturinformation und einer aus einer Speichereinheit 15 abgerufenen Gegenkontaktinformation eine Güteinformation, welche die Qualität der ladekabelseitigen elektrischen Kontakte 10 bei deren Kontaktierung am Ladeanschluss 8 beschreibt. Dazu vergleicht die Steuereinrichtung 14 die Temperatur mit einem vorgegebenen Referenzwert. Dieser ist ebenfalls in der Speichereinheit 15 abgespeichert und kann aus einer initialen Kalibrierungsmessung durch den Temperatursensor 13 gewonnen sein. Im Rahmen dieser Kalibrierungsmessung wurde eine standardisierte Ladeeinrichtung mit vollständig intakten ladekabelseitigen Kontakten mit dem Ladeanschluss 8 verbundenen und die dabei höchstmögliche entstehende Erwärmung als Referenzwert erfasst. Anhand der Abweichung der durch die Temperaturinformation beschriebenen Temperatur von dem Referenzwert wird die Qualität der elektrischen Kontakte 10 bestimmt.
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Zur weiteren Präzisierung dieser Qualität ruft die Steuereinrichtung 14 aus der Speichereinheit 15 die Gegenkontaktinformation ab, welche eine Anzahl von Verbindungsvorgängen des Ladeanschlusses 8 in der Vergangenheit beschreibt. Diese Anzahl wird als ein Maß für den bereits eingetretenen Verschleiß der Gegenkontakte 11, die ebenfalls zum Gesamtübergangswiderstand beitragen, verwendet. Bei einer hohen Anzahl an historischen Verbindungsvorgängen wird die aus der Temperatur bestimmte Qualität mithin nach unten korrigiert, da der Gesamtübertragungswiderstand zu einem größeren Anteil vom Übergangswiderstand der Gegenkontakte 11 bestimmt wird. Die so durch die Steuereinrichtung 14 bestimmte Qualität der Kontakte 10 wird durch die Güteinformation repräsentiert.
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In einem anschließenden Schritt S4 wertet die Steuereinrichtung 14 die Güteinformation aus und steuert in ihrer Abhängigkeit eine optische und/oder akustische und/oder haptische Ausgabeeinrichtung 16 (vgl. 1) zur Anzeige eines den Zustand der Ladeeinrichtung und die prognostizierte Dauer des Ladevorgangs anzeigenden Benutzerhinweises an. So kann bei einer eine geringe Qualität anzeigenden Güteinformation beispielsweise auf einem Kombiinstrument des Kraftfahrzeugs die Mitteilung ausgegeben werden „Diese Ladesäule ist nicht performant – Für eine Optimierung der Ladezeit bitte wenn möglich eine andere Ladesäule nutzen“. Alternativ kann die Qualität der Kontaktierung 12 durch eine im Bereich des Ladeanschlusses 8 angeordnete farbige Leuchte (nicht gezeigt) als Ausgabeeinrichtung 16 symbolisiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich zum Schritt S4 können die im Folgenden beschriebenen Schritte S5, S6 im Rahmen des Verfahrens durchgeführt werden:
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Im Schritt S5 speichert die Steuereinrichtung 14 die Güteinformation zusammen mit einer die Ladeeinrichtung 3 identifizierenden Identifikationsinformation in der zusätzlich als Fehlerspeicher ausgebildeten Speichereinheit 15.
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Im anschließenden Schritt S6 wird – zu einem Zeitpunkt nach dem Laden des Kraftfahrzeugs – die Speichereinheit 15 durch ein fahrzeugexternes Lesegerät (nicht gezeigt) ausgelesen, beispielsweise im Rahmen eines Werkstattbesuchs zur Wartung oder Instandsetzung. Auf dem Lesegerät wird ein Hinweis ausgegeben, welchem entnehmbar ist, ob für eine regelmäßig verwendete Ladeeinrichtung eine eine geringe Qualität anzeigende Güteinformation ermittelt wurde. Da eine solche regelmäßig verwendete Ladeeinrichtung häufig fest in einem Gebäude des Nutzers des Kraftfahrzeugs 1 integriert ist, beispielsweise für das Laden des Energiespeichers 6 über Nacht, kann durch das das Lesegerät bedienende Personal ein Hinweis mitgeteilt werden, dass diese Ladeeinrichtung technisch zu überprüfen ist.
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Wiederum alternativ oder zusätzlich zu den Schritten S4 und/oder S5, S6 werden die folgenden Schritte S7, S8 durchgeführt:
Im Schritt S7 steuert die Steuereinrichtung 14 eine eine Internetverbindung realisierende Kommunikationseinrichtung 17 (vgl. 1) zum Übertragen der Güteinformation, der Identifikationsinformation und einer die Position der Ladeeinrichtung 3 in geodätischen Koordinaten beschreibenden Positionsinformation an den Server 4 an.
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Daran anschließend wertet der Server 4 im Schritt S8 diese Informationen nebst weiteren gleichartigen Informationen, die von anderen Kraftfahrzeugen bezüglich anderen Ladeeinrichtungen übertragen wurden, aus. Die daraus abgeleiteten Informationen werden zumindest teilweise an ein Kommunikationsgerät (nicht gezeigt), z. B. ein Smartphone, übertragen, so dass anderen Nutzern ein den Zustand der Ladeeinrichtung 3 anzeigender Hinweis ausgegeben werden kann. Die Nutzer können dementsprechend die Qualität von ihrer Nähe befindlichen Ladeeinrichtungen abschätzen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Kommunikationsgerät auch selbständig eine Auswahl einer bestgeeigneten Ladestation in der Umgebung treffen. Alternativ oder zusätzlich zur Übertragung vom Server 4 an das Kommunikationsgerät kann auch eine entsprechende Übertragung an das Kraftfahrzeug 2 oder ein anderes Kraftfahrzeug erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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