DE102017102384A1 - Fahrzeugladesystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugladestation (202) mit mindestens einer ersten und einer zweiten Schnittstelle (210A, 210B), die mit einem Umrichter und einer Steuerung gekoppelt sind, wobei eine Steuerung in Reaktion auf das Erfassen eines mit dem Umrichter (VVC) über die erste Schnittstelle (210A) gekoppelten BEV-klassifizierten Fahrzeugs während des Fließens eines Ladestroms zu einem PHEV klassifizierten Fahrzeug über die zweite Schnittstelle (210B) den Ladestrom von der zweiten Schnittstelle zur ersten Schnittstelle umleiten kann.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugladesystem mit Schnittstellen zur Anbindung mehrerer Fahrzeuge.
• Elektrifizierte Fahrzeuge, wie Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs) und batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) benötigen eine Traktionsbatterie, um einem Antriebsmotor Energie für den Antrieb zu liefern sowie einen Umrichter/Wechselrichter dazwischen, um den Batterie-Gleichstrom in Wechselstrom für den Traktionsmotor umzuwandeln. Zur Unterstützung des Ladens bestimmter Traktionsbatterien kann ein externes Ladegerät oder eine Ladestation Ladestrom liefern.
• Bisher sind Ladesysteme so ausgelegt, dass sie nur einen einzigen Fahrzeugtyp laden können. Daher sind verschiedenste Stecker- und Ladesysteme notwendig, um die erforderliche Ladung von Elektrofahrzeugen möglichst flächendeckend sicherzustellen.
• Es ist nun Aufgabe der Erfindung, mehrere Fahrzeugtypen an einem Ladesystem laden zu können. Die Aufgabe wird durch ein Fahrzeugladesystem nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
• Eine erfindungsgemäße Fahrzeugladestation umfasst mindestens eine erste und eine zweite Schnittstelle, die mit einem Umrichter und einer Steuerung gekoppelt sind. Die Steuerung kann dann, falls erfaßt wird, dass über den Umrichter mit der ersten Schnittstelle ein BEV-klassifiziertes Fahrzeug angeschlossen ist, während von der zweiten Schnittstelle Ladestrom zu einem PHEV /(Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeug) klassifizierten Fahrzeug geleitet wird, den Ladestrom von der zweiten Schnittstelle zur ersten Schnittstelle umleiten.
• Die Fahrzeugladestation umfasst erste und zweite Schnittstellen, die mit einem Umrichter und einer Steuerung gekoppelt sind. Die Steuerung kann in Reaktion auf den Empfang eines ersten Batterieladungszustands (SOC) eines ersten Fahrzeugs, das mit dem Umrichter an der ersten Schnittstelle angeschlossen ist, der kleiner als ein zweiter SOC eines zweiten Fahrzeugs, das einen Ladestrom über die zweite Schnittstelle empfängt, ist, den Ladestrom von der zweiten Schnittstelle zur ersten Schnittstelle umleiten.
• Ein Verfahren zum Steuern einer Ladestation umfasst das Empfangen erster Fahrzeugdaten von einem ersten Fahrzeug, das mit einer ersten Schnittstelle verbunden ist, und das Leiten von Ladestrom zur ersten Schnittstelle. Das Verfahren empfängt dann zweite Fahrzeugdaten von einem zweiten Fahrzeug, das mit einer zweiten Schnittstelle verbunden ist, und lenkt in Reaktion auf einen Vergleich der ersten Fahrzeugdaten und zweiten Fahrzeugdaten, der höhere Priorität für das zweite Fahrzeug anzeigt, den Ladestrom von der ersten Schnittstelle zur zweiten Schnittstelle um.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, auf welche sie keineswegs eingeschränkt ist. Darin zeigen:
• 1 ein Diagramm eines Hybridfahrzeugs mit typischen Antriebsstrang-Energiespeicherkomponenten und Fahrzeugladestation-Verbindungen,
• 2 ein Diagramm eines Ladesystems mit einer Ladestation, die elektrisch mit vielen elektrischen Fahrzeugen gekoppelt werden kann; und
• 3 ein Flussdiagramm eines Priorisierungsschema zur Auswahl eines Zielfahrzeugs für das Aufladen durch eine Ladestation, die mit mehreren Fahrzeugen gekoppelt ist.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Selbstverständlich sind die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft und andere Ausführungsbeispiele können andere und alternative Formen annehmen. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich; so können einige Merkmale übertrieben oder minimiert sein, um Details einzelner Komponenten zu verdeutlichen. Daher sind spezifische strukturelle und funktionelle Details, die hierin offenbart sind, nicht einschränkend zu interpretieren, sondern nur als eine repräsentative Basis für die Unterrichtung eines Fachmanns, die Erfindung unterschiedlich anzuwenden. Wie dem Fachmann verständlich ist, können verschiedene in irgendeiner Figur dargestellte und beschriebene Merkmale mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsbeispiele zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsbeispiele für typische Anwendungen dar.
• Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, können für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
• Derzeit sind Ladestationen für HEVs und BEV so ausgestattet, dass sie eine Ladeschnittstelle von einer Ladestation zu einem Elektrofahrzeug bereitstellen. Oft ist die Schnittstelle auf eine bestimmte Schnittstellenart beschränkt. Bspw. umfassen zwei gemeinsame Ladeschnittstellen ein Kabel mit einem Stecker (z. B. Konnektor) und eine induktive Ladeplatte. Der Konnektor kann Kontakte haben, die eine elektrische Verbindung zwischen einer Elektrofahrzeug-Ladestation und einem Elektrofahrzeug herstellen oder schließen. Außerdem gibt es, da mehrere Varianten der zwei gemeinsamen Ladeschnittstellen vorhanden sind, typischerweise Elektrofahrzeug-Ladestationen, die nur für eine der vielen Schnittstellentypen eingerichtet sind. Gemäß der Society of Automobile Engineers (SAE) werden die vielen Schnittstellentypen in Kategorien eingeteilt, die ein Typ-1-Wechselspannung, ein Typ 2-Wechselspannung, ein Typ-1-Gleichstrom 1, ein Typ-2-Gleichstrom 2 und ein Gleichstrom 3 zum Laden umfassen. Eine 120 Volt Wechselstrom (16A Spitze) Ladeschnittstelle wird als Typ-1-Ladeeinrichtung bezeichnet. Eine 240 Volt Wechselstrom (80A Spitze ab 2009) Ladeschnittstelle wird als Wechselstrom-Typ-2-Ladeeinrichtung bezeichnet. Eine Gleichstrom-Ladeschnittstelle mit 200–450 V Gleichstrom (80 A) wird als Gleichstromniveau 1-Ladeeinrichtung bezeichnet. Eine Gleichstromladeschnittstelle von 200–450 V (200 A) wird als Gleichstrom--2-Ladeeinrichtung bezeichnet und eine 200–600 V Gleichstrom (maximal 400 A) Ladeschnittstelle wird als Gleichstrom Typ-3-Ladeschnittstelle bezeichnet. Ebenso gibt es mehrere Konnektor-Optionen für das Laden unterschiedlicher elektrischer Fahrzeuge. Bspw. umfasst eine erste Stecker-Familie oder -Typ den Stecker (Typ 1) wie den AVCon-Stecker, der um 2001 verwendet wurde und dann in SAE J1772-2001 und dann in SAE J1772-2009 geändert wurde. Ebenso gibt es drei weitere Steckertypen: Typ 2 ist eine ein- oder dreiphasige Fahrzeugschnittstelle, die eine Steckerspezifikation wie VDE-AR-E 2623-2-2 verwendet. Typ 3 ist eine einphasen- oder dreiphasen Fahrzeugschnittstelle mit Sicherheitstrenneinrichtungen unter Verwendung einer Spezifikation, wie sie von der EV Plug Alliance bereitgestellt wird. Typ 4 ist ein Schnellladekoppler für spezielle Systeme, einschließlich der Spezifikation, die von der CHAdeMO Association beschrieben wird.
• Hier ist eine Ladestation mit vielen Ladeschnittstellen (z. B. Konnektoren oder induktiven Platten eingerichtet, wobei jede Ladeschnittstelle die Spezifikation des Schnittstellentyp-Standards erfüllt. Zum Beispiel definiert die Internationale Elektrotechnische Kommission 4 Modi des Elektrofahrzeugladens (IEC 62196): Modus 1 ist langsames Laden mit einem elektrischen Kabelstecker (ein- oder dreiphasig). Modus 2 ist langsames Laden mit einem mit einer EV-Schutzanordnung ausgerüsteten elektrischen Kabel (z. B. Park & Charge oder PARVE-Systemen). Modus 3 kann unter Verwendung einer Buchse für mehrere Pins mit Steuer- und Schutzfunktionen (z. B. SAE J1772 und IEC 62196) langsam oder schnell laden. Modus 4 ist Schnellladen unter Verwendung einer Ladetechnologie, wie sie von der CHAdeMO Association spezifiziert ist.
• Aufgrund der begrenzten Anzahl von Ladestationen müssen Besitzer von BEVs und PHEVs ihre Fahrzeuge während des Tages bewegen. Um die Ladezeit zu verringern, ist derzeit Schnellladen wichtig und daher wird die Verwendung von BEVs gegenüber PHEV priorisiert.
• 1 zeigt ein elektrifiziertes Fahrzeug 112, das als Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) bezeichnet werden kann. Ein Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeug 112 kann einen oder mehrere Elektromotoren 114 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die Elektromotoren 114 können als Motor oder Generator arbeiten. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist auch mechanisch mit einer Antriebswelle 120 verbunden, die mechanisch mit den Rädern 122 verbunden ist. Die Elektromotoren 114 können Antriebs- und Bremsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 118 gestartet oder ausgeschaltet wird. Die Elektromotoren 114 können auch als Generatoren wirken und Kraftstoffverbrauchsvorteile durch Rückgewinnung von Energie liefern, die normalerweise als Wärme in einem Reibbremssystem verloren gehen würde. Die Elektromotoren 114 können auch die Fahrzeugemissionen reduzieren, indem sie dem Verbrennungsmotor 118 erlauben, bei effizienteren Geschwindigkeiten zu arbeiten und dem Hybrid-Elektrofahrzeug 112 ermöglichen, elektrisch betrieben zu werden, wobei der Verbrennungsmotor 118 unter bestimmten Bedingungen abgestellt wird. Ein elektrifiziertes Fahrzeug 112 kann auch ein Batterie-Elektrofahrzeug (BEV) sein.
• Eine Traktionsbatterie oder Batteriepack 124 speichert Energie, die von den Elektromotoren 114 verwendet werden kann. Das Fahrzeugbatteriepack 124 kann Hochspannungsgleichstrom (DC) am Ausgang bereitstellen. Die Traktionsbatterie 124 kann elektrisch mit ein oder mehreren Leistungselektronikmodulen 126 verbunden sein. Ein oder mehrere Kontakte 142 können die Traktionsbatterie 124 von anderen Komponenten isolieren, wenn sie geöffnet sind, und verbinden die Traktionsbatterie 124 mit anderen Komponenten, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 126 ist auch elektrisch mit den Elektromotoren 114 gekoppelt und ermöglicht die bidirektionale Übertragung von Energie zwischen der Traktionsbatterie 124 und den Elektromotoren 114. Bspw. kann eine Traktionsbatterie 124 Gleichspannung bereitstellen, während die Elektromotoren 114 mit Dreiphasen Wechselstrom (AC) funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 126 kann Gleichstrom in Dreiphasen-Wechselstrom umwandeln, um die Elektromotoren 114 zu betreiben. Im regenerativen Modus kann das Leistungselektronikmodul 126 den Dreiphasen-Wechselstrom von den als Generatoren arbeitenden Elektromotoren 114 in Gleichstrom umwandeln, der mit der Traktionsbatterie 124 kompatibel ist. Das Fahrzeug 112 kann einen Umrichter für variierende Spannungen (VVC) 152 umfassen, der elektrisch zwischen die Traktionsbatterie 124 und das Leistungselektronikmodul 126 geschaltet ist. Der VVC 152 kann ein Gleichspannungs/Gleichspannungs Verstärker-Umwandler sein, um die durch die Traktionsbatterie 124 bereitgestellte Spannung zu erhöhen oder zu verstärken. Durch Erhöhen der Spannung kann die Stromanforderung verringert werden, was zu einer Verringerung des Leitungsquerschnitts für das Leistungselektronikmodul 126 und die Elektromotoren 114 führt: Ferner können die Elektromotoren 114 effizienter und mit geringeren Verlusten betrieben werden.
• Zusätzlich zur Bereitstellung von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 124 Energie für andere Bordnetzsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein Gleichstrom/Gleichstrom-Umrichtermodul 128 umfassen, das den Hochspannungs-Gleichstromausgang der Traktionsbatterie 124 in eine Niederspannungs-Gleichstromversorgung umwandelt, die mit Niedervolt-Verbrauchern des Fahrzeugs kompatibel ist. Ein Ausgang des Gleichstrom/Gleichstrom-Umrichtermoduls 128 kann elektrisch mit einer Hilfsbatterie 130 (z. B. 12V-Batterie) zum Laden der Hilfsbatterie 130 verbunden sein. Die Niederspannungssysteme können elektrisch mit der Hilfsbatterie 130 verbunden sein. Ein oder mehrere elektrische Verbraucher/Lasten 146 können mit einem Hochspannungsbus verbunden sein. Die elektrischen Verbraucher/Lasten 146 können eine zugeordnete Steuerung aufweisen, welche die elektrischen Verbraucher 146 betreibt und ggf. steuert. Beispiele für elektrische Verbraucher/Lasten 146 sind Lüfter, elektrische Heizelemente und/oder ein Klimakompressor. Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann so konfiguriert sein, dass es die Traktionsbatterie 124 über eine externe Stromquelle 136 wieder auflädt. Die externe Stromquelle 136 kann eine Verbindung zu einer elektrischen Steckdose sein. Die externe Stromquelle 136 kann mit einem Ladegerät oder einem Elektrofahrzeug-Versorgungsgerät (EVSE) 138 elektrisch gekoppelt sein. Die externe Stromquelle 136 kann ein elektrisches Stromnetz sein, wie es von elektrischen Versorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Das EVSE 138 kann Schaltkreise und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Energiequelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Energiequelle 136 kann dem EVSE 138 Gleichstrom- oder Wechselstrom liefern. Der EVSE 138 kann einen Ladekonnektor 140 aufweisen, der in eine Ladebuchse 134 des Fahrzeugs 112 gesteckt werden kann. Der Ladebuchse 134 kann jeder Anschlußtyp sein, der Leistung vom EVSE 138 zum Fahrzeug 112 übertragen kann. Die Ladebuchse 134 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einem Ladegerät verbunden sein Der Bordumrichter 132 kann die von dem EVSE 138 gelieferte Leistung konditionieren, um die korrekten Spannungs- und Strompegel für die Traktionsbatterie 124 bereitzustellen. Das Bord-Umrichtermodul 132 kann mit dem EVSE 138 kommunizieren, um die Übertragung zu koordinieren Der EVSE-Konnektor 140 kann Stifte aufweisen, die in entsprechende Buchsen der Ladebuchse 133 passen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die elektrisch gekoppelt oder verbunden sind, durch drahtlose induktive Kopplung übertragen.
• Mindestens eine Radbremse 144 kann vorgesehen sein, um das Fahrzeug 112 abzubremsen und Bewegung des Fahrzeugs 112 zu verhindern. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder eine Kombination davon sein. Die Radbremsen 144 können ein Teil eines Bremssystems 150 sein. Das Bremssystem 150 kann andere Komponenten umfassen, um die Radbremsen 144 zu betätigen. Zur Vereinfachung ist in der Figur eine einzige Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und einer Radbremse 144 dargestellt Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und den anderen Radbremsen 144 ist impliziert. Das Bremssystem 150 kann eine Steuerung umfassen, welche das Bremssystem 150 überwacht und koordiniert. Das Bremssystem 150 kann die Bremsenkomponenten überwachen und die Radbremsen 144 für eine Fahrzeugverzögerung steuern. Das Bremssystem 150 kann auf Fahrerbefehle ansprechen und auch autonom arbeiten, um Merkmale wie eine Stabilitätssteuerung zu implementieren. Die Steuerung des Bremssystems 150 kann ein Verfahren zum Anlegen einer angeforderten Bremskraft einsetzen, wenn es von einer anderen Steuerung oder Subfunktion angefordert wird.
• Elektronische Module im Fahrzeug 112 können über mindestens ein Fahrzeugbordnetz kommunizieren. Das Fahrzeugbordnetz kann mehrere Kanäle für die Kommunikation besitzen. Ein Kanal des Fahrzeugbordnetzes kann ein serieller Bus wie ein Controller Area Network (CAN) sein. Einer der Kanäle des Fahrzeugbordnetzes kann ein Ethernet-Netzwerk umfassen, wie es vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802 definiert ist. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugbordnetzes können diskrete Verbindungen zwischen Modulen umfassen und Leistungssignale von der Hilfsbatterie 130 erhalten. Unterschiedliche Signale können über verschiedene Kanäle des Fahrzeugbordnetzes übertragen werden. Bspw. können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugbordnetz kann beliebige Hardware- und Softwarekomponenten umfassen, die beim Übertragen von Signalen und Daten zwischen Modulen helfen. Das Fahrzeugbordnetz ist in 1 nicht gezeigt, aber es kann impliziert werden, dass das Fahrzeugbordnetz mit jedem elektronischen Modul verbunden sein kann, das im Fahrzeug 112 vorhanden ist. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
• 2 ist ein Diagramm eines Ladesystems 200 mit einer Ladestation 202, die mit vielen elektrischen Fahrzeugen 212 elektrisch koppeln kann. Die Ladestation 202 umfasst einen Computer, einen Prozessor, eine Steuerung, eine programmierbare elektronische Steuerung oder eine spezielle elektronische Steuerung und Leistungselektronik. Die Leistungselektronik umfasst IGBTs, MOSFETs, Transformatoren, Spannungsumrichter, Gleichrichter, Dioden, Kondensatoren, Induktivitäten und andere elektrische oder elektronische Komponenten. Die Ladestation 202 kann Energie direkt vom Stromnetz empfangen – sie kann auch von einer sekundären Quelle kommen, wie etwa einer Wohnung, einem Apartmentkomplex oder einem Arbeitsplatzkomplex. Eine direkt mit einem Stromnetz verbundene Ladestation kann eine Eingangsspannung von 480 V, 1200 V oder 4 000 V aufweisen und diese Spannung kann durch die Ladestation auf die an die Ladeschnittstelle angelegte Spannung umgewandelt werden. Ferner kann der Ladestation Energie von einem Primär- oder Sekundär-Stromnetz-Kunden zugeführt werden, wie etwa einem Unternehmen, einem Apartmentkomplex oder einem Wohnstandort. Ein Unternehmen, ein Apartmentkomplex, sowie ein Unternehmen, das Ladedienstleistungen für BEV und PHEV anbietet, oder ein Wohnstandort kann Strom aus dem Stromnetz empfangen und den Strom in eine am Standort nutzbare Spannung umwandeln, wie dem Empfang von 480 Volt oder 1.200 V und Umwandeln / Weiterleiten des Eingangsstroms auf 480V, 240V oder 120V, um lokal Strom zu liefern.
• Der Strom von der Ladestation 202 wird über Versorgungskabel 204 gezielt zu jedem Parkplatz 208 und speziell zu einer Ladeschnittstelle 210 übertragen, die mit dem spezifischen Parkplatz 208 verbunden ist. Zusätzlich zu den Versorgungskabeln 204 kann das Ladesystem 200 Kommunikationskabel 206 umfassen, um Signale zwischen der Ladestation 202 und der Ladeschnittstelle 210 zu übertragen. Das Ladesystem 200 kann mehrere Konfigurationen für jede Ladeschnittstelle 210 enthalten. Bspw. kann eine erste Ladeschnittstelle 210A, die mit einem ersten Parkplatz 208A verbunden ist, einen SAE J1772-2009 EV-Stecker haben, um ein erstes elektrisches Fahrzeug 212A mit einer Ladestation 202 elektrisch zu verbinden. Eine zweite Ladeschnittstelle 210B, die mit einem zweiten Parkplatz 208B verbunden ist, kann eine induktive Ladeplatte aufweisen, die ein zweites elektrisches Fahrzeug 212B elektrisch mit der Ladestation verbinden kann. Eine dritte Ladeschnittstelle 210C, die mit einem dritten Parkplatz 208C verbunden ist, kann einen IEC 62196-Typ-2-Stecker gemäß der VDE-AR-E 2623-2-2-Norm besitzen, um ein drittes Elektrofahrzeug 212C elektrisch mit der Ladestation 202 zu verbinden und eine vierte Ladeschnittstelle 210D, die mit einem vierten Parkplatz 208D verbunden ist, kann mit einer anderen Verbindungsmöglichkeit ausgerüstet sein.
• In einem anderen Ausführungsform dieses Beispiels kann die erste Ladeschnittstelle 210A dem ersten elektrischen Fahrzeug 212A Wechselstrom zuführen, die zweite Ladeschnittstelle 210B ein elektrisches Feld zu erzeugen, um Energie an das zweite elektrische Fahrzeug 212B zu liefern und die dritte Ladeschnittstelle 210C kann Gleichspannung zum dritten Elektrofahrzeug 212C liefern. Die Ströme können kontinuierlich oder pulsbreitenmoduliert sein. Auch kann der Strom, die zu den Ladeschnittstellen 210 fließt, zwischen den Ladeschnittstellen gemäß verschiedenen Zeitverschiebungsentscheidungsschemata umgeschaltet werden. Die Zeitverschiebungsentscheidung ist die Zuweisung von Zeitfenstern auf der Grundlage eines Bedürfnisses oder einer Bevorzugung. Das Bedürfnis kann einen aktuellen Batterieladezustand (SOC), eine geschätzte Abfahrtszeit oder eine geschätzte Fahrzeit umfassen. Die Bevorzugung kann einen Verbrauchenergieratenpreis, einen erwünschten SOC-Wert oder eine erwünschte Fahrzeugtemperatur einschließen. Ein Beispiel einer geschätzten Abfahrzeit ist der Zeitunterschied zwischen der aktuellen Zeit und der Zeit, zu der ein Fahrzeug voraussichtlich von der Ladestation wegfahren wird. Ein Beispiel für eine geschätzte Fahrstrecke ist die Distanz, von der erwartet wird, dass ein Fahrzeug sie fährt, wenn das Fahrzeug getrennt ist und sich von der Ladestation wegbewegt. Mit der Deregulierung der Energie können Verbraucher Kontakt mit verschiedenen Energie-Lieferanten aufnehmen, um zu bestimmen, wer die Energie, die sie kaufen, liefert. Ein Beispiel für den Verbraucherpreis ist ein ausgehandelter Preis, der einem Verbraucher für Energie und die Energieverteilungsinfrastruktur berechnet wird.
• Die Ladestation 202 ist mit vielen Ladeschnittstellen 210 ausgelegt, die mit mehreren Parkplätzen 208 verbunden sind. Die Ladeschnittstellen 210 können so konfiguriert sein, dass sie viele Schnittstellenspezifikationen erfüllen, so dass viele elektrische Fahrzeuge 212 Parken und Laden können. Da die in einer Ladestation 202 verwendeten elektrischen und elektronischen Komponenten teuer sein können, kann es kostenintensiv sein, eine Ladestation an jeder Parkposition 208 zu platzieren, und es kann eine kostengünstigere Lösung sein, eine Ladestation 202 mit mehreren Ladeschnittstellen 210 zu teilen. 2 zeigt vier Parkplätze 208, jedoch kann ein Ladesystem 200 mit einer beliebigen Anzahl von Ladeschnittstellen 210 konfiguriert sein. Bspw. kann eine Ladestation 8, 12, 16, 24, 32 oder eine andere Zahl Ladestationen aufweisen. Das Ladestationssystem kann eine Ladestation mit einem Umrichter umfassen, um die zur Ladestation gelieferte Leistung in eine Ausgangsleistung umzuwandeln. Der Stromumrichter kann so konfiguriert sein, dass er genügend Leistung für ein einzelnes oder mehrere Fahrzeuge bereitstellt, wobei weniger Fahrzeuge als Ladeschnittstellen im Ladesystem sind. Um die Übermittlung von Strom oder Energie an die Ladeschnittstellen effektiv zu steuern, kann eine Steuerung in der Ladestation 202 zeitversetzte Entscheidungen verwenden.
• Die zeitversetzte Vermittlung kann ein Zeitmultiplexverfahren (TDM) oder andere Multiplexstrategien umfassen. TDM teilt eine Zeiteinheit (z. B. 1 Minute, 5 Minuten, eine Stunde, 8 H, 24 H) in kleinere Zeitfenster. Zum Beispiel kann eine Elektrofahrzeug-Ladestation, die 8 Parkplätze mit 8 Ladeschnittstellen hat, die von einer Steuerung gesteuert werden, 24 h als Zeiteinheit verwenden, wobei die Steuerung die 24 h in Stunden unterteilt und 24 Zeitfenster erzeugt. Alternativ kann die 24-h – Zeiteinheit in 144 10-Minuten-Zeitfenster unterteilt werden. Zu Beginn der Energieversorgung der elektrischen Ladestation sind alle Zeitfenster verfügbar. Die Steuerung kann dann den Zeitfenstern, die zum Laden eines Fahrzeugs reserviert sind, die Bezeichnung eines reservierten Zeitfensters zuweisen. Die Reservierung kann als Antwort auf eine Zeitfensteranforderung über ein mobiles Gerät, eine auf einem Tastenfeld der Ladestation eingegebene lokale Anforderung oder über eine Kommunikation mit einem mit der Ladestation gekoppelten Elektrofahrzeug erfolgen.
• Ein Beispiel einer Zeitfensterzuteilung ist bspw. eine Stunde Zeiteinheit, die in 6 10 Minuten Zeitfenster unterteilt ist, die so unterteilt werden können, dass das erste Zeitfenster einem Fahrzeug mit niedriger SOC unter Verwendung einer ersten Ladeschnittstelle (d.h. J1772-2009) auf einem ersten Parkplatz zugeteilt wird. Das zweite Zeitfenster ist für ein Elektrofahrzeug unter Verwendung einer zweiten Ladeschnittstelle (d.h. J1772-2001) auf einem zweiten Parkplatz reserviert, von dem erwartet wird, dass es in 30 Minuten den Parkplatz verläßt. Das dritte Zeitfenster ist für das Fahrzeug mit dem niedrigsten SOC an der ersten Ladeschnittstelle auf dem ersten Parkplatz reserviert. Das vierte Zeitfenster ist für einen ersten Verbraucher reserviert, der einen Premium-Energieratenpreis in unter Verwendung einer dritten Ladeschnittstelle (d.h. IEC 62196 Typ 2) auf einem dritten Parkplatz bezahlt. Der fünfte Zeitfenster ist für einen zweiten Verbraucher reserviert, der einen Premium-Energieratenpreis unter Verwendung einer vierten Ladeschnittstelle (d. h. einer induktiven Ladeplatte) in einem vierten Parkplatz bezahlt. Das sechste Zeitfenster kann über eine mobile Anwendung, die von einem Mobiltelefon empfangen wird, für eine fünfte Ladeschnittstelle reserviert sein, die mit einem reservierten Parkplatz verbunden ist.
• 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Priorisierungsschema zum Auswählen eines Zielfahrzeugs für das Aufladen durch eine Ladestation, die mit mehreren Fahrzeugen gekoppelt ist, darstellt.
• Im Schritt 302 empfängt eine Steuerung Daten von Fahrzeugen oder Nutzern. Hier können die Daten von der Ladeschnittstelle empfangen werden, wie bspw. dem Kabel, das verwendet wird, um den Ladestrom zu übertragen (z.B. mehrere Leitungen, die zu einem Kabel verseilt sind, wobei einige Leitungen Ladestrom übertragen und andere Leitungen Daten übertragen). Die Daten können automatisch vom Fahrzeug gesendet werden, wenn es mit der Ladestation gekoppelt ist. Die automatisch gesendeten Daten können ein VIN oder ein SOC enthalten. Auf Basis der VIN-Nummer kann die Ladestation das Fahrzeug, das der VIN zugeordnet ist, kategorisieren. Bspw. liefert eine VIN-Nummer Informationen über den Hersteller des Fahrzeugs und den Fahrzeugtyp (z. B. ob das Fahrzeug ein Batterie-Elektrofahrzeug (BEV) oder ein Plug-In Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) ist). Die Steuerung kann die Ladung eines BEV gegenüber dem Laden eines PHEV priorisieren, da ein BEV von elektrischer Antriebsenergie abhängig ist, während ein PHEV zum Antrieb zum Betrieb mit fossilem Brennstoff zurückkehren kann. Alternativ zur automatischen Bereitstellung der Daten können die Daten gesendet werden, nachdem sie in eine graphische Benutzerschnittstelle (GUI) der Ladestation, der GUI einer Telefonapplikation, eines fahrzeuginternen Navigationssystems eingegeben wurden oder einem Dritten, wie einem öffentliches Versorgungsunternehmen, einem Navigationsdienst, einem Fahrzeugherstellerservice oder einem anderen Dienstanbieter gesendet wurden. Das Versorgungsunternehmen kann einen Preis für die elektrische Energierate, einen Preis für die elektrischen Energieverteilung und einen Voll-Ladungsservicepreis vereinbaren; gemeinsam können sie als Vertragspreis oder Vertragsrate bezeichnet werden. Der Navigationsdienst kann ein Kartierungsdienst sein, der eingesetzt wird, um Richtwerte zu liefern; der Kartierungsdienst kann das Reiseverhalten überwachen und die zukünftige Reisezeit und Abfahrtszeit abschätzen. Ebenso kann die GUI der Ladestation einen Kunden veranlassen, eine zukünftige Reisezeit, geschätzte Abfahrtszeit und andere Daten einzugeben, um das Fahrzeugladen zu priorisieren.
• Im Schritt 304 vergleicht die Steuerung die Fahrzeugtypen auf Basis der eingegebenen Daten. Wenn eine Disparität zwischen mehreren Fahrzeugen existiert, bestimmt die Steuerung ein Fahrzeug mit höherer Priorität und fährt mit dem Schritt 306 fort. Im Schritt 306 wählt die Steuerung ein bestimmtes Fahrzeug aus und lädt die Batterie dieses Fahrzeugs auf. Bspw. können die eingegebenen Daten einen Hybrid-Elektrofahrzeugtyp (HEV) umfassen, wie BEV, PHEV oder andere HEV. Basierend auf dem Fahrzeugtyp kann einem BEV Priorität gegenüber PHEV zugewiesen werden. Andere Fahrzeugtypdaten können Nutzfahrzeuge, Rettungsfahrzeuge oder Verbraucher-Fahrzeuge umfassen. Hier kann dem Notfallfahrzeug Priorität gegenüber anderen Fahrzeugen zugewiesen werden. Wenn alle Fahrzeuge, die mit der Ladestation verbunden sind, den gleichen Fahrzeugtyp haben, geht die Steuerung zum Schritt 308 über.
• Im Schritt 308 vergleicht die Steuerung den Fahrzeugbatterieladezustand (SOC) auf Grundlage der eingegebenen Daten. Wenn eine Disparität zwischen mehreren Fahrzeugen existiert, bestimmt die Steuerung das Fahrzeug mit höherer Priorität und fährt mit dem Schritt 310 fort. Im Schritt 310 wählt die Steuerung ein bestimmtes Fahrzeug auf Basis des SOC aus und lädt die Batterie dieses Fahrzeugs. Bspw. kann die Steuerung ein Fahrzeug mit dem niedrigsten Batterie SOC priorisieren und diese Batterie zuerst laden. Wenn alle Fahrzeuge, die mit der Ladestation gekoppelt sind, den gleichen SOC aufweisen, geht die Steuerung zum Schritt 312 über.
• Im Schritt 312 vergleicht die Steuerung eine Vertragsladerate für die zu ladenden Fahrzeuge basierend auf den eingegebenen Daten. Wenn eine Disparität zwischen mehreren Fahrzeugen existiert, bestimmt die Steuerung ein Fahrzeug mit höherer Priorität und fährt mit Schritt 314 fort. Im Schritt 314 wählt die Steuerung ein bestimmtes Fahrzeug auf Basis der Vertragsladerate zum Laden der Batterie dieses Fahrzeugs. Bspw. kann die Steuerung ein Fahrzeug mit der höchsten Kontraktrate priorisieren und diese Batterie zuerst laden. Wenn alle Fahrzeuge, die mit der Ladestation gekoppelt sind, die gleiche Kontraktrate aufweisen, geht die Steuerung zum Schritt 316 über.
• Im Schritt 316 vergleicht die Steuerung eine erwartete zukünftige Fahrstrecke für das Fahrzeug auf Grundlage der eingegebenen Daten. Wenn eine Disparität zwischen mehreren Fahrzeugen existiert, bestimmt die Steuerung ein Fahrzeug mit höherer Priorität und fährt mit dem Schritt 318 fort. Im Schritt 318 wählt die Steuerung ein bestimmtes Fahrzeug auf Grundlage der erwarteten zukünftigen Fahrstrecke aus und lädt die Batterie dieses Fahrzeugs. Bspw. kann die Steuerung ein Fahrzeug mit der weitesten zukünftigen Fahrstrecke priorisieren und diese Batterie zuerst laden. Wenn alle Fahrzeuge, die mit der Ladestation gekoppelt sind, dieselbe zukünftigen Fahrstrecke haben, geht die Steuerung zum Schritt 320 über.
• In Schritt 320 vergleicht die Steuerung eine erwartete zukünftige Abfahrtzeit für das Fahrzeug auf Grundlage der eingegebenen Daten. Wenn eine Disparität zwischen mehreren Fahrzeugen besteht, bestimmt die Steuerung ein Fahrzeug mit höherer Priorität und fährt mit dem Schritt 322 fort. Im Schritt 322 wählt die Steuerung ein bestimmtes Fahrzeug auf Grundlage der erwarteten zukünftigen Abfahrtszeit aus und lädt die Batterie dieses Fahrzeugs. Bspw. kann die Steuerung ein Fahrzeug priorisieren, das zuerst abfahren soll und zuerst diese Batterie aufladen. Wenn alle Fahrzeuge, die mit der Ladestation gekoppelt sind, dieselbe zukünftige Abfahrtszeit haben, geht die Steuerung zum Schritt 324 über. Im Schritt 324 wählt die Steuerung ein bestimmtes Fahrzeug auf Basis einer First-In-First-Out (FIFO) Strategie aus.
• 3 zeigt einen Ablauf, bei dem jeder Vergleich von Fahrzeugdaten eine endgültige Auswahl erzeugt; in einem anderen Ausführungsbeispiel kann aber jeder Vergleich von Fahrzeugdaten einen Gewichtungsfaktor liefern, der jedem mit den Ladestationen gekoppelten Fahrzeug zugeordnet wird. Hierbei wird jedes der aufgelisteten Kriterien berücksichtigt und liefert eine Gewichtung für die endgültige Bestimmung. Bspw. wird unter Berücksichtigung der ersten beiden Vergleiche (Fahrzeugtypen und Batterie SOC) für den Fahrzeugtyp BEV 50 Punkte gegeben und einem PHEV 0 Punkte, der SOC kann mit einer Gewichtung von bspw. 10% gleich 90 Punkte, 50% gleich 50 Punkte und 90% gleich 10 Punkte gewichtet werden. Daher wird einem BEV mit einem SOC bei 90% mit 60 Punkten (50 + 10 = 60) Priorität gegenüber einem PHEV mit einem SOC von 50% (0 + 50 = 50) gegeben. In einem weiteren ähnlichen Ausführungsbeispiel kann ein Priorisierungsfaktor gemeinsam mit jedem Gewichtungsfaktor vorliegen, so dass einer spezifischen Fahrzeugklasse eine Prioritätsstufe mit Gewichtungsfaktor gegeben wird. Bspw. können BEVs eine hohe Prioritätsstufe, PHEVs mit Range-Extendern eine mittlere Prioritätsstufe und Mild-PHEV eine niedrige Prioritätsstufe erhalten. Wenn mehrere BEVs und ein Mild-PHEV gleichzeitig mit der Ladestation gekoppelt werden, können die BEVs daher ein Zeitfenster vor dem Mild-PHEV erhalten. Ferner kann das Zeitfenster weiter unterteilt werden, so daß das Zeitfenster zeitmultiplexiert werden kann. Das Zeitmultiplexieren erfolgt, wenn ein Zeitfenster in Unterfenster unterteilt wird, so dass jedes Fahrzeug mit einer bestimmten Charakteristik (wie z. B. BEVs) sequenziell mit einem einzelnen Unterfenster von mehreren Unterfenstern versehen ist. Bspw. kann ein Ladegerät, das mit 4 HEVs (BEV1, BEV2, BEV3 und Mild-PHEV1) gekoppelt ist, wobei BEV1 einen SOC von 10%, BEV2 einen SOC von 50%, BEV3 einen SOC von 90% und Mild-PHEV1 einen SOC von 10% hat, ein einstündiges Zeitfenster in 6–10-minütige Unterfenster unterteilen und BEV1 ein erstes Unterfenster, BEV2 ein zweites Unterfenster und BEV1 ein drittes Unter-Fenster, ein 4. Unterfenster für BEV3, ein 5. Unterfenster für BEV1 und ein 6. Unterfenster für BEV2 zuordnen Hierbei wird das BEV basierend auf der Klassifizierung priorisiert und die Zeitfenster – auch Sub-Slots oder Sub-Zeitfenster genannt – werden basierend auf dem SOC-Niveau zugeordnet. Obwohl die Zeitfenster so dargestellt sind, dass sie auf dem SOC-Pegel basieren, können andere Implemenierungen die Zeitfenster auf andere Fahrzeugdaten, wie oben erwähnt, begründen.
• Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können an eine Verarbeitungseinrichtung, Steuerung oder Computer geliefert oder darin implementiert werden, die jede programmierbare elektronische Steuerung oder eine spezielle elektronische Steuerung umfassen können. Ebenso können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Befehle gespeichert werden, die durch eine Steuerung oder Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Informationen, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie z. B. Read-Only Memory (ROM), gespeichert sind und Information, die auf beschreibbaren Speichermedien wie etwa Disketten, Magnetbändern, Compact Discs (CDs), Random Access-Speicher (RAM) und anderen magnetischen und optischen Medien veränderbar gespeichert sind. Die Prozesse, Methoden oder Algorithmen können auch in einem Software-ausführbaren Objekt implementiert werden. Alternativ können die Prozesse, Methoden oder Algorithmen ganz oder teilweise durch geeignete Hardwarekomponenten wie z. B. anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Gate Arrays (FPGAs), endliche Automaten, Steuerungen oder andere Hardwarekomponenten oder Geräte oder eine Kombination von Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten verkörpert sein.
• Während Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sollen sie mögliche Formen beschreiben, die durch die Ansprüche umfasst sind. Die in der Beschreibung verwandten Worte sind rein beschreibend und nicht beschränkend und es versteht sich, dass verschiedenste Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder dargestellt sein können. Während verschiedene Ausführungsbeispiele zur Bereitstellung von Vorteilen oder Vorteilen gegenüber anderen Ausführungsbeispielen oder Implementierungen des Stands der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann, dass ein oder mehrere Merkmale geändert werden können, um gewünschte allgemeine Systemattribute, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen, zu erzielen. Diese Attribute können Kosten, Widerstandsfähigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, die Montagevereinfachung usw. einschließen. Ausführungsbeispiele, die als weniger erstrebenswert als andere Ausführungsbeispiele oder Ausführungsformen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften beschrieben wurden, befinden sich dennoch im Umfang der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen erwünscht sein.
• Bezugszeichenliste

112

Elektrifiziertes Fahrzeug

114

Elektromotor

116

Hybridgetriebe

118

Verbrennungsmotor

122

Räder

124

Batterie oder Batteriepack

126

Leistungselektronikmodul

128

Umrichter

129

Antriebswelle

130

Hilfsbatterie

131

externe Energiequelle

132

Bord-Umrichter-Modul

134

externe Energiequelle

138

Ladeeinrichtung oder Elektrofahrzeug-Ladeausrüstung (EVSE)

140

Lade-Konnektor

142

Kontakte

144

Radbremsen

146

elektrische Last

148

Fahrzeugsystemsteuerung VSC

150

Bremssystem

152

Wechselspannungs-Gleichrichter (VVC)

200

Ladesystem

202

Ladestation

204

Ladekabel

206

Kommunikationsleitung

208

Parkplatz

208

erster Parkplatz

208B

zweites Parkplatz

208C

dritter Parkplatz

208D

vierter Parkplatz

210

Lade-Schnittstelle

210A

erste Lade-Schnittstelle

210B

zweite Lade-Schnittstelle

210C

dritte Lade-Schnittstelle

210D

vierte Lade-Schnittstelle

212

Elektrofahrzeug

212A

erstes Elektrofahrzeug

212B

zweites Elektrofahrzeug

212C

drittes Elektrofahrzeug

302–324

Verfahrensschritte

• 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 Nicht-Patentliteratur
• SAE J1772-2001 [0014]
• SAE J1772-2009 [0014]
• IEC 62196 [0015]
• SAE J1772 [0015]
• IEC 62196 [0015]
• (IEEE) 802 [0021]
• SAE J1772-2009 [0023]
• IEC 62196-Typ-2-Stecker [0023]
• VDE-AR-E 2623-2-2-Norm [0023]
• IEC 62196 Typ 2 [0027]

Claims (8)

1. Fahrzeugladestation (202) mit: mindestens einer ersten (210A) und einer zweiten Schnittstelle (210B), die mit einem Umrichter (152) verbunden sind; und einer Steuerung, die als Antwort auf das Erfassen eines mit dem Umrichter über die erste Schnittstelle (210A) gekoppelten BEV-klassifizierten Fahrzeugs, während ein Ladestrom zu einem als PHEV klassifizierten Fahrzeug über die zweite Schnittstelle (210B) fließt, den Ladestrom von der zweiten Schnittstelle (210B) zur ersten Schnittstelle (210A) umleiten kann.
2. Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung in Reaktion auf die Erfassung eines ersten Fahrzeugs (212A) mit einem ersten SOC, der kleiner als ein zweiter SOC eines zweiten Fahrzeugs (212B) ist und über die erste Schnittstelle (210A) mit dem Umrichter gekoppelt ist, während das zweite Fahrzeug (212B) über die zweite Schnittstelle (210B) geladen wird, den Ladestrom von der zweiten Schnittstelle (210B) zur ersten Schnittstelle (210A) umleiten kann..
3. Fahrzeugladestation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung in Reaktion auf den Empfang eines ersten Vertragspreises, der höher als ein zweiter Vertragspreis ist, der mit dem Aufladen eines ersten Fahrzeugs (212A), das mit dem Umrichter über die erste Schnittstelle (210A) verbunden ist, während Strom über die zweiter Schnittstelle zum zweiten Vertragspreis zu einem zweiten Fahrzeug (212B) fließt, den Ladestrom von der zweiten Schnittstelle (210B) zur ersten Schnittstelle (210A) umleiten kann.
4. Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung in Reaktion auf den Empfang einer ersten eingegebenen Fahrzeit eines ersten mit dem Wechselrichter über die erste Schnittstelle gekoppelten Fahrzeugs (212A), die größer ist als eine zweite eingegebene Fahrzeit, während Strom über die zweite Schnittstelle (210B) mit einer zweiten eingegebenen Fahrzeit zu einem zweiten Fahrzeug (212B) fließt, den Ladestrom von der zweiten Schnittstelle (212B) zur ersten Schnittstelle (212A) umleiten kann.
5. Fahrzeugladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Schnittstelle (210A, 2010B) induktive Ladeplatten oder drahtgebundene Steckverbinder sind.
6. Fahrzeugladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung ferner ein Zeitfenster auf Basis von Fahrzeugdaten und eingegebenen Daten speichert und Ladestrom zu einer dem Zeitfenster zugeordneten Schnittstelle fließen läßt, wenn eine aktuelle Zeit innerhalb des Zeitfensters liegt.
7. Fahrzeugladestation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugdaten eine Fahrzeugidentifikationsnummer oder ein Traktionsbatterieladezustand umfassen.
8. Fahrzeugladestation nach Anspruch 7, wobei es sich bei den eingegebenen Daten um einen Vertragspreis zum Erwerb von Abrechnungsdiensten, eine zukünftige geschätzte Reisezeit bis zu einer zukünftigen Wiederaufladung oder eine zukünftige geschätzte Abfahrtzeit handelt.

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