DE102017118846A1 - Berührungsloses, leitfähiges Batterieladegerät für ein Elektrofahrzeug - Google Patents
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Abstract
Ein leitfähiges Ladesystem zur Verwendung mit einer Offboard-Wechselstrom- oder Gleichstromversorgung und einem Plug-in-Fahrzeug umfasst einen leitfähigen Anker, ein elektromagnetisches Relais und einen Schalter. Der Anker ist direkt an die Spannungsversorgung angeschlossen und als Reaktion auf das Fahrzeuggewicht in elektrischen Kontakt mit dem Fahrzeug eingesetzt. Der Schalter schließt als Reaktion auf das Fahrzeuggewicht, um eine Reservestromvorrichtung mit einer Induktionsspule zu verbinden. Das Relais bewegt sich in eine erste Position, die den Ladekoppler mit einem AC-DC-Wandler oder dem Batterie-Pack verbindet, wenn der Schalter offen ist, und in eine zweite Position, die den Ladekoppler umgibt, wenn der Schalter geschlossen ist. Ein Fahrzeug beinhaltet das System, den Ladekoppler, das Hochvolt-Batterie-Pack, die Reservestromvorrichtung und den Anker.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Offenbarung betrifft ein automatisches oder „berührungsloses”, leitfähiges Batterieladegerät für ein Elektrofahrzeug.
- HINTERGRUND
- Ein Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs beinhaltet typischerweise einen oder mehrere Hochspannungs-Wechselstrom(AC)-Elektromotoren, die jeweils durch ein Hochspannungs-Batteriepaket mit Strom versorgt werden. Ein Wechselrichtermodul empfängt eine Gleichspannung (DC) vom Batterie-Pack und erzeugt eine AC-Ausgangsspannung, die zur Stromversorgung von Elektromotoren geeignet ist. Das Aufladen des Batterie-Packs kann in „Plug-in“-Elektrofahrzeugen erreicht werden, indem ein Bordladekuppler an eine Offboard-AC- oder DC-Spannungsversorgung angeschlossen wird, z. B. eine Steckdose oder eine Ladestation.
- Wenn die Spannungsversorgung AC ist, wird ein AC-DC-Wandler in einem Plug-in-Fahrzeug verwendet, um eine AC-Ladespannung in eine DC-Gleichspannung umzuwandeln, die für die Verwendung durch das Batterie-Pack oder andere Gleichstromvorrichtungen geeignet ist. Der AC-DC-Wandler kann eine passive Diodenbrücke und aktiv kontrollierte Halbleiterschalter beinhalten, die gemeinsam negative Zyklen der angelegten AC-Ladespannungs-Wellenform eliminieren, wobei die resultierende Spannungsausgabe danach gefiltert wird, um die erforderliche Gleichspannung vorzusehen. Bei einem DC-Schnellladesystem wird anstelle der DC-Spannungsversorgung eine AC-Spannungsversorgung verwendet, sodass der AC-DC-Wandler aus der Ladeschaltung zugunsten einer Anschlussdose eliminiert wird.
- Während der Plug-In-Ladevorgang automatisch über eine Bordsteuerung gesteuert wird, sobald das Fahrzeug elektrisch mit der Offboard-Spannungsversorgung verbunden ist, erfordert ein typischer Batterieladevorgang einen Bediener, um ein Ladekabel von der Offboard-Spannungsversorgung manuell mit dem Ladekoppler zu verbinden und daraufhin den Ladevorgang einzuleiten. Andere Ansätze zum Laden des Batterie-Packs beinhalten induktive Ladesysteme und die Verwendung von Laderobotern. Allerdings können solche Alternativen in Bezug auf die erforderliche Infrastruktur, das Fahrzeuggewicht, die Kosten, die elektromagnetische Kompatibilität und die Interoperabilität der elektromagnetischen Störungen mit Haushalts- oder anderen elektronischen Geräten weniger optimal sein.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Hierin offenbart ist ein berührungsloses, leitfähiges Ladesystem und eine Methodik, die in Verbindung mit einer Offboard-AC- oder DC-Spannungsversorgung verwendet werden kann, um ein Hochspannungs-Batterie-Pack in einem Plug-in-Fahrzeug oder eine andere mobile Plattform aufzuladen. Um insbesondere für eine AC-Spannungsversorgung geeignet zu sein, kann das Fahrzeug einen AC-DC-Stromrichter, z. B. ein Bordlademodul oder ein Hochspannungs-Batterieladegerät, umfassen. Für eine optionale DC-Schnellladungsausführungsform kann das Fahrzeug anstelle des AC-DC-Stromrichters eine Anschlussdose beinhalten oder eine Gleichstromleistung von einer Offboard-DC-Spannungsversorgung direkt an das Batterie-Pack geliefert werden.
- Im Allgemeinen verwendet der vorliegende Ansatz einen leitfähigen Ladeanker, der automatisch als Reaktion auf den Kontakt mit einem Laufrad oder dem Gewicht des Fahrzeugs eingesetzt ist, wie etwa, wenn das Fahrzeug in eine Garage oder einen anderen entworfenen Ladebereich eintritt. Der Anker zieht sich als Reaktion auf den Rollkontakt in die entgegengesetzte Richtung oder das Entfernen des Fahrzeuggewichts zurück, z. B. wenn das Fahrzeug in den Rückwärtsgang geschaltet wird und die Garage verlässt. Das Gewicht des Fahrzeugs sieht somit eine Schwellenkraft vor, die zum Einsetzen und Betätigen des leitfähigen Ankers erforderlich ist, wodurch ein unbeabsichtigtes Einsetzen des Ankers verhindert wird.
- Der Anker beinhaltet ein Ladeende mit einer geeigneten leitfähigen Struktur, z. B. einem leitfähigen Dämpfungsglied oder einem Satz von Ladestiften. Wenn die leitfähige Struktur des Ankers mit den am Unterboden oder einem anderen zugänglichen Abschnitt des Fahrzeugs angeordneten Strukturen übereinstimmt und diese kontaktiert, wird eine Ladeschaltung an Bord des Fahrzeugs aktiviert, um die Stromversorgung von der Offboard-Spannungsversorgung zu aktivieren, um den Ladekoppler zu umgehen. Je nachdem, ob AC- oder DC-Ladung verwendet wird, erreicht die gelieferte Leistung den AC-DC-Wandler oder den DC-Spannungsbus/ das Hochvolt-Batterie-Pack direkt.
- In einer exemplarischen Ausführungsform ist ein leitfähiges Ladesystem zur Verwendung mit einem Fahrzeug mit einem AC-Ladekoppler, einem Hochspannungs-Gleichstrom-(HVDC-)Batterie-Pack, einer Reservestromvorrichtung und ein zwischen dem AC-Ladekoppler und dem Hochvolt-Batterie-Pack verbundener AC-DC-Wandler offenbart. Das System in dieser besonderen Ausführungsform beinhaltet einen leitfähigen Anker mit Ladungs- und Nicht-Ladeenden. Das Ladeende ist elektrisch mit der AC-Spannungsversorgung verbunden und zum Einsetzen im direkten elektrischen Kontakt mit einem leitfähigen Dämpfungsglied betreibbar, das am Fahrzeug als Reaktion auf eine Schwellenkraft angeordnet ist, die auf das Nicht-Ladeende wirkt.
- Das System beinhaltet auch einen Tast- oder einen anderen geeigneten ersten Schalter, z. B. einen motorisierten, mechanischen, Mikro-, Festkörper-, Hall-Effekt- und/oder optischen Schalter und ein elektromagnetisches Relais mit einer Induktionsspule. Der erste Schalter, der zwischen der Reservestromvorrichtung und der Induktionsspule positioniert ist, schließt sich in Abhängigkeit von der Schwellenkraft, die wiederum durch das Gewicht des Fahrzeugs vorgesehen ist. Das Schließen des Schalters verbindet die Reservestromvorrichtung mit der Induktionsspule elektrisch, um einen zweiten Schalter des elektromagnetischen Relais zu aktivieren oder zu bewegen.
- Der zweite Schalter des elektromagnetischen Relais ist binär, d. h. kann eine erste oder zweite Position erreichen, je nachdem, ob die Induktionsspule bestromt ist. Die erste Position verbindet den AC-DC-Wandler mit der Spannungsversorgung über den Ladekoppler, wenn die Induktionsspule nicht bestromt ist. Wenn die Induktionsspule bestromt wird, wird der zweite Schalter direkt aktiviert, um den AC-DC-Wandler oder eine Anschlussdose an die Spannungsversorgung anzuschließen, je nachdem, ob AC oder DC verwendet wird, wodurch der Ladekoppler umgangen wird. Der Übergang von der ersten Position in die zweite Position erfolgt über eine Schwelleninduktivität über die Induktionsspule. Die Schwelleninduktivität wird über eine Reihenschaltung mit der Reservebatterie erzeugt, sobald der erste Schalter geschlossen ist.
- Es wird auch ein Fahrzeug offenbart, das einen Ladekoppler, das Batterie-Pack, die Reservestromvorrichtung und das leitfähige Ladesystem mit dem oben beschriebenen leitfähigen Anker beinhaltet. Die Offboard-Spannungsversorgung kann AC oder DC sein, wobei das Relais und der Schalter den Ladekoppler umgehen, wobei der oben erwähnte AC-DC-Wandler in der DC-Ausführungsform zugunsten einer Anschlussdose eliminiert ist.
- Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Darstellung eines leitfähigen Ladesystems, das mit einem Plug-in-Fahrzeug und einer Wechselstrom-Spannungsversorgung verwendbar ist. -
1A ist eine schematische Darstellung einer alternativen Gleichstrom-Schnellladenausführungsform des leitfähigen Ladesystems, das in1 dargestellt ist. -
2 ist eine schematische Draufsicht eines Ladebereichs und einer Wechselstrom-Spannungsversorgung, die als Infrastruktur durch das leitfähige Ladesystem von1 verwendet werden. -
3 ist eine schematische Seitenansicht eines leitfähigen Ankers, der als Bestandteil des in1 dargestellten Systems verwendbar ist. -
4 ist ein schematisches Schaltbild des in1 dargestellten leitfähigen Ladesystems. -
5 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren zum Einstellen eines aktiven Ladevorgangs mithilfe des leitfähigen Ladesystems aus1 beschreibt. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Referenznummern in den verschiedenen Ansichten auf gleichen Komponenten beziehen, ist ein leitfähiges Ladesystem
10 schematisch in1 dargestellt. Das System10 kann mit einem Plug-in-Fahrzeug20 mit einem Hochspannungs-Batteriepack (BHV)26 verwendet werden, z. B. einem mehrzelligen Lithium-Ionen-, Zink-Luft-, Nickel-Metall-Hydrid- oder Bleisäure-Gleichstrom(DC)-Batterie-Pack, das selektiv mithilfe einer Offboard-Spannungsversorgung30 aufgeladen werden kann, wenn das Fahrzeug20 nicht fährt. Das Batterie-Pack26 kann auch bei laufendem Betrieb des Fahrzeugs20 wieder aufgeladen werden, beispielsweise durch regeneratives Bremsen. Die Offboard-Spannungsversorgung30 kann als eine Wechselstrom(AC)-Spannungsversorgung verwendet werden, wie in1 dargestellt, oder als DC-Spannungsversorgung130 , wie in1A dargestellt. - Wie nachfolgend detailliert beschrieben wird, ermöglicht die vorliegende Offenbarung eine „berührungslose“ leitfähige Ladung des Batterie-Pack
26 über eine passive gewichtsbasierte oder kraftbasierte Steuerung eines leitfähigen Ankers35 , von der eine exemplarische Ausführungsform in3 dargestellt ist. Der Energiefluss von der Offboard-Spannungsversorgung30 ,130 erfolgt über einen von zwei getrennte Ladepfade A und B, wobei der Ladungspfad A ein herkömmlicher „Plug-In“-Ladepfad und der Ladepfad B ein hierin beschriebener „berührungsloser“ Ladepfad ist, dargestellt mit der Struktur in den2 –4 , die die Auswahl eines der Ladepfade A und B ermöglicht.5 beschreibt ein Verfahren100 , das als Teil einer Exitstrategie verwendet werden kann, um die Beendigung eines laufenden Ladevorgangs des Fahrzeugs20 zu erleichtern. - Das elektrische Potenzial des Batterie-Packs
26 , dargestellt in1 , kann von etwa 60–360 VDC oder mehr reichen, je nach Ausführungsform des Fahrzeugs20 . Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff „Hochspannung“ jedoch im Allgemeinen auf jeden beliebigen Spannungspegel über dem normalen 12-15-VDC-Reservespannungspegel. Das Batterie-Pack26 kann verwendet werden, um einen oder mehrere Elektromotoren (M)29 über ein Wechselrichtermodul (PIM)28 zu bestromen, sodass der Elektromotor29 letztendlich über ein Abtriebselement32 ein Abtriebsdrehmoment (Pfeil TO) für den Antrieb des Fahrzeugs20 oder andere Arbeiten erzeugt. - Der Reservestrom an Bord des Fahrzeugs
20 wird teilweise über eine Reservebatterie (BAUX)126 geliefert, die die Reservespannung VAUX, normalerweise12 VDC, vorsieht. Die Reservebatterie126 kann über ein Reservestrommodul (APM)31 bestromt werden, d. h. über einen Spannungsregler, der zum Reduzieren der Gleichspannung von einem Ausgangspegel vom HS-Batterie-Pack26 zu einem niedrigeren Reservepegel betreibbar ist, der dazu geeignet ist, elektrische Reservesysteme des Fahrzeugs20 mit Strom zu versorgen. Der APM31 und/oder die Reservebatterie126 können im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als Reservestromversorgungen dienen, wie sie im Umfang der vorliegenden Offenbarung erforderlich sind. Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf4 erläutert ist, wird die Reservebatterie126 auch als Teil einer Ladeschaltung60 verwendet, um eine berührungslose, leitfähige Ladung des Batterie-Packs26 zu erreichen. - Das leitfähige Ladesystem
10 , schematisch dargestellt in1 , beinhaltet einen Ladekoppler22 und einen AC-DC-Wandler24 , wobei letzterer elektrisch zwischen dem Ladekoppler22 und dem Batterie-Pack26 verbunden ist. Wie hierin unter Bezugnahme speziell auf4 erläutert wird, ist das System10 so konfiguriert, um einen der beiden unterschiedlichen Ladepfade A und B zwischen der AC-Spannungsversorgung30 und dem AC-DC-Wandler24 selektiv vorzusehen und auf diese Weise eine berührungslose, leitfähige Ladung des Batterie-Packs26 zu ermöglichen, um an einem oder entlang einem Unterboden15 des Fahrzeugs20 aufzutreten. Das System10 sieht insbesondere eine automatische gewichtsbasierte AC-DC-Weiterleitung vor, die über einen in3 dargestellten leitfähigen Anker35 und die in4 dargestellte Ladeschaltung60 erreicht werden kann. - Wie in der Technik gut bekannt ist, kann jeder AC-DC-Wandler, wie etwa der AC-DC-Wandler
24 aus1 , eine Anzahl von internen vollelektronischen Komponenten beinhalten, die zusammenarbeiten, um eine Spannung aus der AC-Spannungsversorgung30 in einen DC-Spannungsausgabe (VDC) umzuwandeln. Obwohl diese veranschaulichte Vereinfachung weggelassen wird, beinhaltet diese interne Struktur normalerweise elektronische Elemente, wie etwa Eingangs- und Ausgangswellenformfilter, passive Diodenbrücken, Halbleiterschalter wie MOSFETs oder IGBTs, einen Verbindungskondensator und einen Transformator. Von diesen Komponenten sind die Halbleiterschalter mit Ein-/Aus-Schaltzuständen ausgestattet, die durch die Steuerung (S)50 angewiesen werden, um den AC-DC-Wandler24 nach Bedarf ein- oder auszuschalten. - Unter Bezugnahme auf
1A kann anstelle der in1 gezeigten AC-Spannungsversorgung eine Offboard-Spannungsversorgung130 in Form einer DC-Schnellladespannungsversorgung verwendet werden. Ein DC-Schnellladekoppler122 ersetzt den Ladekoppler22 aus1 , wie in der Technik bekannt ist. Eine optionale Hochvolt-Anschlussdose124 kann anstelle des AC-DC-Wandlers24 aus1 verwendet werden. Solche eine Anschlussdose124 enthält Hochvolt-Trennrelais (R1), um bei Bedarf eine schnelle Hochvolt-Spannungsabschaltung zu gewährleisten. Somit kann Gleichstrom von der Offboard-Spannungsversorgung130 direkt dem Gleichspannungsbus und/oder dem Batterie-Pack26 zugeführt werden. Die übrigen strukturellen Details der1 können mit der alternativen Ausführungsform aus1A verwendet werden und daher werden derartige Details aus1A zur Vereinfachung weggelassen. - Die Steuerung
50 von1 ist auch programmiert, um Eingabesignale (Pfeil CCI) zu empfangen und den gesamten Ladevorgang des Fahrzeugs20 über Ausgangssignale (Pfeil CCO) zu steuern, wie nachfolgend dargelegt wird. Das Verhalten und die Reichweite der Eingabesignale (Pfeil CCI) können mit der jeweiligen Anwendung variieren, innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung kann jedoch eine Spannung oder ein Strom des Batterie-Packs26 und der Reservebatterie126 oder eine andere Reservestromvorrichtung, eine Fahrzeuggeschwindigkeit20 , ein Ein-/ Aus-Antriebszustand des Fahrzeugs20 und andere typische Werte, wie etwa Temperatur und Ladezustand des Batterie-Packs26 , beinhaltet sein. Zusätzlich ist die Steuerung50 so programmiert, um einen angeforderten Park-, Reverse-, Neutral-, Drive-, Low-(PRNDL)-Zustand des Fahrzeugs20 zu empfangen, erkennen oder anderweitig zu bestimmen, einschließlich bestimmten Steuermaßnahmen wie dem selektiven Deaktivieren des AC-DC-Wandlers24 , der als Teil des unten beschriebenen Verfahrens100 mit Bezug auf5 ausgeführt wird. - Die Steuerung
50 beinhaltet einen Prozessor P und einen Speicher M. Der Speicher M beinhaltet einen greifbaren, nichtflüchtigen Speicher, z. B. einen Nur-Lese-Speicher, ob optisch, magnetisch, Flash-Speicher oder andere. Die Steuerung50 beinhaltet auch ausreichende Mengen Direktzugriffsspeicher, einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher und dergleichen sowie einen Hochgeschwindigkeitstakt, eine Analog-zu-Digital und eine Digital-zu-Analog-Schaltung und Eingangs-/Ausgangsschaltungen und Vorrichtungen sowie entsprechende Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen. Die Steuerung50 kann programmiert werden, um Anweisungen auszuführen, die ein Exitstrategieverfahren100 verwenden, wobei ein Beispiel hierin unter Bezugnahme auf5 dargelegt wird. - Im Betrieb kann das Fahrzeug
20 von1 über eine Oberfläche19 zu einer Ausrichtungsbarriere25 angetrieben werden, z. B. eine erhöhte Zement- oder Gummimauer, eine Bodenunebenheit oder ein anderes geeignetes Stopp-Merkmal, was einem Bediener ermöglicht, die Vorderräder16 des Fahrzeugs20 in Vorbereitung für das Einsetzen des leitfähigen Ankers35 auszurichten. Der Anker35 ist, wie dargestellt, direkt mit der Offboard-Spannungsversorgung30 elektrisch verbunden und empfängt somit eine AC-Eingangsspannung (VAC) direkt von der Offboard-Spannungsversorgung30 . Der Anker35 ist betätigbar, um in direkten elektrischen Kontakt mit dem Fahrzeug20 einzusetzen, wie etwa über ein leitfähiges Dämpfungsglied46 (siehe3 ), das am Unterboden15 des Fahrzeugs20 angeordnet ist, als Reaktion auf ein Gewicht des Fahrzeugs20 , wie am besten durch das Gewicht (Pfeil W20) in3 dargestellt. - Unter Bezugnahme auf
2 , ist die Offboard-Spannungsversorgung30 direkt mit dem leitfähigen Anker35 innerhalb eines bestimmten Ladebereichs27 verbunden, d. h. einem bestimmten Abschnitt oder einer Fläche eines Garagenbodens19 (siehe1 ) oder einer anderen vorgesehenen Ladefläche. Wenn sich das Fahrzeug20 in Richtung der Pfeile D zu den Ausrichtungsbarrieren25 bewegt und schließlich die in1 im Profil dargestellten Ausrichtungsbarrieren25 , den Rollkontakt zwischen den Rädern16 und den leitfähigen Anker35 mit einer Schwellenkraft aus dem Gewicht des Fahrzeugs20 erreicht, wird bewirkt, dass Anker35 in direkten elektrischen Kontakt mit dem Fahrzeug20 eingesetzt wird. Wechselstrom (VAC) von der Offboard-Spannungsversorgung30 , oder bei der Ausführungsform von1A Gleichstrom, wird danach dem leitfähigen Anker35 zugeführt, wie nachfolgend dargelegt wird. Weitere Ausführungen können innerhalb des Umfangs der Offenbarung vorgesehen sein. - Zum Beispiel, wie in
3 dargestellt, kann das Gewicht (Pfeil W20) des Fahrzeugs20 gemessen oder erfasst werden, wobei ein Schwellengewicht von einem Stellglied63 verwendet wird, um zu bestimmen, wann das Fahrzeug20 ordnungsgemäß positioniert worden ist. Das Stellglied63 kann dann den Ankers35 in die Position bewegen. Auf diese Weise kann das Stellglied63 als motorisierter Schalter wirken. - Das Ladeende
39 und ein Nicht-Ladeende49 des leitfähigen Ankers35 können einteilig mit dem ersten und dem zweiten Element135 und235 ausgebildet sein, wobei sich jeweils die Enden39 und49 oder die Elemente135 und235 des Ankers35 entlang einer Schwenkachse A35 des leitfähigen Ankers35 schneiden. Der Anker35 kann durch eine Feder35K , z. B. eine Sprungfeder, vorgespannt sein, die entlang der Schwenkachse A35 angeordnet ist, sodass ein direkter Kontakt zwischen den Rädern16 oder genauer einem Reifen, der an einem der Räder16 und/oder eine Schwellenkraft aus dem Gewicht (W20) des Fahrzeugs20 von1 angeordnet ist, letztlich eine kalibrierte Federkraft der Feder35K überwindet. Dies wiederum ermöglicht es, dass sich das Ladeende39 des Ankers35 nach oben in Richtung des Unterboden15 des Fahrzeugs20 bewegt oder entfaltet. - Das Ladeende
39 kann leitfähige Dämpfungsglieder36 beinhalten, wie etwa eine oder mehrere Platten oder Stifte aus Kupfer oder einen anderen geeigneten elektrischen Leiter. Die leitfähigen Dämpfungsglieder36 sind so konfiguriert, dass sie in direkten elektrischen Kontakt mit den ähnlich aufgebauten leitfähigen Dämpfungsgliedern46 kommen, die sich am Unterboden15 des Fahrzeugs20 befinden. Für eine Feder54K des Schalters54 , die in4 schematisch dargestellt ist, ist eine Schwellenkraft erforderlich, um in einem Ausmaß zu komprimieren, das ausreicht, um den Schalter54 zu schließen und den leitfähigen Ladevorgang zu beginnen. In weiteren Ausführungsformen, die nicht gezeigt, jedoch ohne weiteres von Fachleuten erkannt werden, könnte der Schalter54 an anderer Stelle auf dem Anker35 angeordnet sein. - Wenn das Laden des Batterie-Packs
26 von1 abgeschlossen oder eine fortgesetzte Ladung nicht mehr gewünscht ist, kann ein Bediener des Fahrzeugs20 das Fahrzeug20 in einen Reverse(Rückwärts)- oder Drive(Antriebs)-Zustand versetzen, der als Teil der Normalsteuerarchitektur erkannt und der Steuerung50 als Teil der Eingabesignale (Pfeil CCI) mitgeteilt wird. Sobald andere Faktoren richtig ausgewertet wurden und sich das Fahrzeug20 von1 Bewegen darf, z. B. mithilfe der aufgeführten Faktoren in der Beschreibung des in5 dargestellten Verfahrens100 , bewegt sich das Nicht-Ladeende49 des leitfähigen Ankers35 in Richtung des Pfeils F über die Rückstellkraft der Feder35K oder eines anderen geeigneten elastischen Elements. Das Ladeende39 wird danach unterhalb eines Levels des Bodens19 verstaut. Weitere Ausführungsformen können in dem beabsichtigten erfinderischen Umfang, einschließlich eines federbelasteten Ankers35 , der sich in Abhängigkeit vom Gewicht (Pfeil W20) des Fahrzeugs20 ohne Drehung um die Achse A35 erhöht. - Unter Bezugnahme auf
4 , kann die oben erwähnte Ladeschaltung60 die Reservebatterie126 mit einer Reservespannung VAUX beinhalten, wobei der Schalter54 , auch in3 dargestellt, und ein elektromagnetisches Relais56 eine Induktionsspule51 und einen Binärschalter57 aufweisen. Die Ladeschaltung60 kann wahlweise einen elektrischen Sensor62 beinhalten, der zwischen dem Schalter54 und der Reservebatterie126 oder einer anderen Reservestromvorrichtung positioniert ist. Der elektrische Sensor62 ist zum Messen eines elektrischen Wertes, z. B. eines Stroms (Pfeil IS) in der Ladeschaltung60 , insbesondere zwischen der Reservebatterie126 und der Induktionsspule51 und einem zusätzlichen Sensor23 oder in dem Ladungskoppler22 betreibbar, der zum Messen eines Verbindungszustandes (Pfeil11 ) zwischen dem Ladungskoppler22 und der Offboard-Spannungsversorgung30 , d. h. einer elektrischen Verbindung zwischen einem Stecker (nicht dargestellt) und dem Ladungskoppler22 , wie auf dem Fachgebiet bekannt, betrieben werden kann. So können beispielsweise Näherungssignale als Teil eines Standards verwendet werden, um zu verifizieren, dass die Offboard-Spannungsversorgung30 mit dem Fahrzeug20 am Ladungskoppler22 elektrisch verbunden ist. Der elektrische Strom (Pfeil IS) und der Verbindungszustand (Pfeil11 ) können in den Eingabesignalen (Pfeil CCI), die an die in1 dargestellte Steuerung50 übertragen werden, beinhaltet sein. Alternativ kann der Stromsensor62 als Logikschaltung ausgebildet sein, wie etwa eine Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstandserkennungsschaltung innerhalb des beabsichtigten Umfangs der Offenbarung. - Der Schalter
54 , der zwischen einem positiven Anschluss der Reservebatterie126 und der Induktionsspule51 positioniert sein kann, ist so konfiguriert, um zu schließen, wenn das Fahrzeug20 den Anker35 wie oben erläutert bewegt. Das Schließen des Schalters54 als Reaktion auf eine Schwellenkraft, z. B. das Gewicht (Pfeil W20) des Fahrzeugs20 , verbindet die Reservebatterie126 elektrisch mit der Induktionsspule51 , wodurch die Induktionsspule51 bestromt wird. Eine Induktivität LTH wird danach über die Induktionsspule51 erzeugt. Wenn die Induktivität (LTH) relativ zu einem kalibrierten Schwellenwert ausreichend hoch ist, bewegt sich der Binärschalter57 des elektromagnetischen Relais56 in Richtung des Pfeils E, um den Ladepfad B wie unten beschrieben festzulegen. - Weiter in Bezug auf die Struktur der Ladeschaltung
60 von4 , kann das elektromagnetische Relais56 als ein normalerweise geschlossener, einpoliger Um(SPDT nach Single-Pole Double-Throw)-Schalter oder eine andere geeignete elektromagnetische Schalterkonfiguration ausgebildet sein. Der Binärschalter57 des elektromagnetischen Relais56 kann eine normalerweise geschlossene Position aufweisen, die erreicht wird, wenn der erste Schalter54 offen ist, d. h. Standard „Plug-In“-Ladung A. Die Offboard-Spannungsversorgung30 ist indirekt mit dem AC-DC-Wandler24 oder in1A die Offboard-Spannungsversorgung130 ist indirekt mit der Anschlussdose124 über die dazwischenliegende Struktur des Ladekopplers22 (oder122 ) verbunden. - Der Binärschalter
57 hat eine weitere Position, die den separaten Ladepfad B festlegt, der erreicht wird, wenn der Schalter54 schließt und der elektrische Strom von der Reservebatterie126 die Induktionsspule51 erreicht. Die Induktionsspule51 ist dabei bestromt, um einen „berührungslosen” Lademodus des Batterie-Packs26 von1 zu aktivieren. Wie oben erwähnt, bewegt sich das elektromagnetische Relais56 in Richtung des Pfeils E als Reaktion auf einen Schwellwertpegel der Induktivität LTH, um dadurch den AC-DC-Wandler24 direkt mit der AC-Spannungsversorgung30 zu verbinden. Auf diese Weise umgeht der Ladepfad B den AC-Ladekoppler22 komplett, während der Ladepfad A einen Ladestrom benötigt, um zuerst den AC-Ladekoppler22 zu durchlaufen. - Unter Bezugnahme auf
5 , kann ein Verfahren100 durch die Steuerung50 von1 als Teil einer Exitstrategie zum Beenden eines Ladevorgangs des Fahrzeugs20 ausgeführt werden. Während5 unter Bezugnahme auf die nicht beschränkende Ausführungsform von1 beschrieben wird, d. h. die AC-Ladung, werden Fachleute erkennen, dass Abwandlungen des Verfahrens100 leicht für eine DC-Schnellladung, wie in1A dargestellt, umgesetzt werden können. - Beginnend mit Schritt S102 zieht ein Bediener des Fahrzeugs
20 das Fahrzeug20 in den vorgesehenen Ladebereich27 von2 und in die Nähe des leitfähigen Ankers35 . Wenn die Räder16 des Fahrzeugs20 den Anker35 berühren oder wenn das Gewicht des Fahrzeugs20 einen Schwellenwert an einer bestimmten Stelle des Ladebereichs27 überschreitet, dreht sich das Ladeende39 von3 oder bewegt sich anderweitig in direkten Kontakt mit dem Fahrzeug20 , wie oben erläutert. Es starten berührungslose, leitfähige Ladevorgänge. Das Verfahren100 geht dann über zu Schritt S104. - Der Schritt S104 enthält die Erfassung durch die in
1 dargestellte Steuerung50 eines Bedieners, der ein Getriebe des Fahrzeugs20 in den Drive oder Reverse-Zustand schaltet, z. B. durch das Empfangen eines Positionssignals von einem Park-, Reverse-, Neutral-, Drive-, Low-(PRNDL)-Hebel oder einem PRNDL-Zustand von einem separaten Getriebesteuermodul, wie in der Technik gut bekannt ist. Die Steuerung50 kann programmiert werden, um den angeforderten PRNDL-Zustand des Fahrzeugs20 als Teil der Eingabesignale (Pfeil CCI), die in1 dargestellt sind, zu bestimmen. Das Verfahren100 geht dann über zu Schritt S105. - Bei Schritt S105 bestimmt das Verfahren
100 , ob die Induktionsspule51 des elektromagnetischen Relais56 in4 aktiv Strom von der Reservebatterie126 aufnimmt. Der Sensor62 kann beispielsweise in der Ladeschaltung60 den Strom (Pfeil IS) als Teil der Eingabesignale (Pfeil CCI), die an die Steuerung50 von1 übermittelt werden, messen. Das Verfahren100 geht über zu Schritt S110, wenn die Induktionsspule51 den elektrischen Strom (Pfeil IS) aufnimmt. Das Verfahren100 geht alternativ über zu Schritt S107, wenn die Induktionsspule51 den Strom (Pfeil IS) nicht aufnimmt. - Schritt S106 beinhaltet das Bestimmen, ob der AC-Ladekoppler
22 mit der AC-Spannungsversorgung30 verbunden bleibt. Wie in der Technik gut bekannt ist, wird eine Antriebsfunktion eines Plug-in-Fahrzeugs, wie etwa das exemplarische Fahrzeug20 von1 , verhindert, wenn das Fahrzeug20 in die AC-Spannungsversorgung30 eingesteckt bleibt. Die physikalische Verbindung zwischen einem Stecker eines Kabels, das von der AC-Spannungsversorgung30 und dem AC-Ladekoppler22 abgeht, kann als Teil einer solchen Fehlersteuerung erkannt werden, beispielsweise mithilfe des Sensors23 von3 , wobei der Sensor23 das Verbindungssignal (Pfeil11 ) an die Steuerung50 als Teil der Eingabesignale (Pfeil CCI) überträgt. Das Verfahren100 geht über zu S107, wenn die Verbindung erkannt wird und zu Schritt S110, wenn die Verbindung nicht erkannt wird, d. h., wenn die AC-Spannungsversorgung30 nicht mehr physikalisch mit dem AC-Ladekoppler22 verbunden ist. - Der Schritt S107 beinhaltet das Ausführen einer Steuermaßnahme über die Steuerung
50 in Bezug auf das Fahrzeug20 , wobei die Steuermaßnahme die bestehende Verbindung zwischen der AC-Spannungsversorgung30 und dem AC-Ladekoppler22 anzeigt. Die Steuerung50 kann beispielsweise als Teil der Ausgabesignale (Pfeil CCO) von1 einem Bediener des Fahrzeugs20 anzeigen, dass das Fahrzeug20 mit der AC-Spannungsversorgung30 verbunden bleibt, beispielsweise durch das Beleuchten einer Armaturenbrettlampe, das Übertragen einer Warnmeldung oder anderweitiges Warnen des Bedieners bezüglich des Zustands der Verbindung. Das Verfahren100 wiederholt danach Schritt S105. - Bei Schritt S110 beinhaltet das Verfahren
100 das Ausführen einer Steuermaßnahme in Bezug auf einen Ladevorgang des Fahrzeugs20 . Als Teil des Schrittes S110 kann die Steuerung50 den AC-DC-Wandler24 von1 durch das Übertragen der Ausgabesignale (Pfeil CCO) an die verschiedenen Halbleiterschalter und andere gesteuerte Schaltelemente des AC-DC-Wandlers24 automatisch deaktivieren. Das Verfahren100 geht dann über zu S112. - Schritt S112 beinhaltet das Aktivieren der Ausführung der in Schritt S104 eingeleiteten Getriebeschaltung, z. B. dadurch, dass die Steuerung
50 oder ein separates Getriebesteuermodul nicht mehr daran gehindert wird, das Getriebe in den angeforderten Gangzustand zu schalten. Ein Bediener des Fahrzeugs20 von1 ist danach in der Lage, sich vom in1A dargestellten Ladebereich27 zu entfernen. - Während die besten Arten der Ausführung der Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungen erkennen, mit denen die Offenbarung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Patentansprüche ausgeführt werden kann.
Claims (10)
- Leitfähiges Ladesystems für die Verwendung mit einer Offboard-Spannungsversorgung und ein Fahrzeug mit einem Ladekoppler, einer Reservestromvorrichtung und einem Hochspannungs-Gleichstrom-Batterie-Pack, das stromleitende Ladesystem umfassend: einen leitfähigen Anker mit einem Ladeende und einem Nicht-Ladeende, wobei das Ladeende elektrisch mit der Offboard-Spannungsversorgung verbunden und zum Einsetzen im direkten elektrischen Kontakt mit einem leitfähigen Dämpfungsglied betreibbar ist, das am Fahrzeug als Reaktion auf eine Schwellenkraft angeordnet ist, die auf das Nicht-Ladeende wirkt; ein elektromagnetisches Relais mit einer Induktionsspule; und einen ersten Schalter, der zwischen der Reservestromvorrichtung und der Induktionsspule positioniert ist, wobei der Schalter zum Schließen als Reaktion auf die Schwellenkraft betätigbar ist, um dadurch die Reservestromvorrichtung elektrisch mit der Induktionsspule zu verbinden, wodurch die Induktionsspule bestromt wird; worin das elektromagnetische Relais einen zweiten Schalter aufweist, der so konfiguriert ist, um den Ladekoppler mit einem AC-DC-Wandler des Batterie-Packs zu verbinden und dadurch eine „Plug-In“-Ladung des Batterie-Packs aktiviert, wenn die Induktionsspule nicht bestromt wird und um den Ladekoppler zu umgehen und somit die „berührungslose“ Ladung des Batterie-Packs zu aktivieren, wenn die Induktionsspule bestromt wird.
- Leitfähiges Ladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend den AC-DC-Wandler, worin die Offboard-Spannungsversorgung eine Wechselstromversorgung ist und der AC-DC-Wandler elektrisch zwischen dem Ladekoppler und dem Batterie-Pack verbunden ist.
- Leitfähiges Ladesystem nach Anspruch 1, worin das elektromagnetische Relais aus der ersten Position in die zweite Position über eine Schwelleninduktivität bewegt wird, die über die Induktionsspule erzeugt wird.
- Leitfähiges Ladesystem nach Anspruch 1, worin die Offboard-Spannungsversorgung eine Gleichstromversorgung ist und worin die erste Position des Binärschalters den Ladekoppler mit dem Batterie-Pack verbindet.
- Leitfähiges Ladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Feder, die so konfiguriert ist, um das Ladeende vom Fahrzeug weg vorspannt, wenn ein Gewicht des Fahrzeugs vom Nicht-Ladeende des leitfähigen Ankers entfernt wird.
- Leitfähiges Ladesystem nach Anspruch 5, worin sich die Ladungs- und Nicht-Ladeenden des leitfähigen Ankers entlang einer Schwenkachse des leitfähigen Ankers schneiden und worin sich der leitfähige Anker in Abhängigkeit von der Schwellenkraft um die Schwenkachse schwenkt.
- Leitfähiges Ladesystem nach Anspruch 1, worin der Schalter ein Tastschalter ist.
- Leitfähiges Ladesystem nach Anspruch 1, worin der Schalter ein motorisierter Schalter ist.
- Leitfähiges Ladesystem nach Anspruch 1, worin das elektromagnetische Relais ein normalerweise geschlossener, einpoliger Doppelwippschalter ist.
- Leitfähiges Ladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Stromsensor, der zwischen dem Schalter und der Reservestromvorrichtung positioniert ist, worin der Stromsensor zum Messen eines elektrischen Stroms zwischen der Reservestromvorrichtung und der Induktionsspule betreibbar ist.
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