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Die Erfindung betrifft eine Energieübertragungsvorrichtung zum elektrischen Energieübertragen an ein zumindest teilweise elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug. Die Energieübertragungsvorrichtung weist eine kraftfahrzeugexterne Energieübertragungseinrichtung und eine Verbindungseinrichtung auf. Die Verbindungseinrichtung weist ein erstes Verbindungseinrichtungsteil, welches mit der Energieübertragungseinrichtung gekoppelt ist, und ein zweites Verbindungseinrichtungsteil, welches mit einer kraftfahrzeuginternen Energieempfangseinrichtung der Energieübertragungsvorrichtung gekoppelt ist, auf. Das erste Verbindungseinrichtungsteil ist mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil zum elektrischen Energieübertragen koppelbar, wobei elektrische Energie im gekoppelten Zustand der beiden Verbindungseinrichtungsteile von der Energieübertragungseinrichtung zu der Energieempfangseinrichtung übertragbar ist und wobei die Energieübertragungseinrichtung ein erstes Überwachungselement aufweist, welches mit einer elektrischen Masse der Energieübertragungseinrichtung und einer ersten elektronischen Recheneinrichtung der Energieübertragungseinrichtung verschaltet ist und zum Überwachen eines Koppelzustands des ersten Verbindungseinrichtungsteils mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Energieübertragen.
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Aus der
DE 10 2013 004 638 A1 ist eine Schaltung zur Signalübertragung zwischen einem Fahrzeug und eine Ladevorrichtung bekannt. Die Schaltung weist ein ladevorrichtungsseitiges Schaltungsteil der Schaltung auf und ein fahrzeugseitiges Schaltungsteil der Schaltung ist mittels einer elektrischen Verbindung elektrisch verbindbar. Ein Kommunikationssignal ist auf die elektrische Verbindung aufprägbar, wobei der ladevorrichtungsseitige Schaltungsteil mindestens eine ladungsvorrichtungsseitige Potenzialmesseinrichtung umfasst. Mittels der ladungsvorrichtungsseitigen Potenzialmesseinrichtung ist ein Potenzial der elektrischen Verbindung erfassbar, wobei der fahrzeugseitige Schaltungsteil eine erste fahrzeugseitige Widerstandsschaltung umfasst. Die erste fahrzeugseitige Widerstandsschaltung umfasst mindestens einen ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstand, der zwischen die elektrische Verbindung und ein Referenzpotenzial schaltbar ist. Durch das Zuschalten des mindestens ersten fahrzeugseitigen Bedämpfungswiderstands ist ein positives Potenzial der elektrischen Verbindung veränderbar.
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Ferner ist bereits aus der chinesischen Norm für elektrische Kraftfahrzeuge
GB/T 18487.1 -2015 eine Schaltung zum Laden von Elektrofahrzeuge mit Gleichstrom bekannt. Es handelt sich dabei um eine aktuelle Norm, welche die Ladekommunikation zwischen Elektrofahrzeuge und einer Ladesäule definiert. Insbesondere ist durch die Norm die Energieübertragungsvorrichtung zwischen der Gleichstromladesäule, einer Ladedose und dem Gleichstromleiter im Kraftfahrzeug definiert. Gemäß diesem Standard wird ein Koppelzustand zwischen der Ladesäule und dem Kraftfahrzeug nur auf Seiten der Ladesäule erfasst. Mit anderen Worten bekommt das Kraftfahrzeug lediglich durch die kraftfahrzeugexterne Erfassung des Koppelzustandes mit, ob ein entsprechender Koppelzustand eingehalten ist oder nicht. Die Information der elektrischen Regelung ist lediglich in dem Ladeprotokoll gemäß der Norm
GB/T 27930-2015 enthalten. Es gibt somit auf Kraftfahrzeugseite kein Hardwaresignal, um zu überprüfen, ob der Koppelzustand eingehalten ist oder nicht. Des Weiteren gibt es auch kein Hardwaresignal als Rückmeldung, ob der Ladestecker elektrisch verriegelt ist oder nicht. Ferner gibt es keine Hardwareleitung vom Kraftfahrzeug zur Ladesäule, die den Status einer Ladeerlaubnis oder eines Ladestopps mitteilt. Gemäß dem Stand der Technik kann eine solche Information in der
GB/T 27930-2015 nur über eine CAN-Nachricht ausgetauscht werden.
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Bei der CAN-Kommunikation handelt es sich um eine Hoch-Level (High-Level) digitale Kommunikation. Um die Sicherheit beim Hochvoltladen zu erhöhen, ist eine Hardwareleitung als Redundanz zwischen der elektronischen Recheneinrichtung des Kraftfahrzeugs und einer elektronischen Recheneinrichtung der Ladesäule notwendig.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Energieübertragungsvorrichtung sowie ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen sicherer ein Gleichstromladen für ein Kraftfahrzeug durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Energieübertragungsvorrichtung sowie durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Energieübertragungsvorrichtung zum elektrischen Energieübertragen an ein zumindest teilweise elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug. Die Energieübertragungsvorrichtung weist eine kraftfahrzeugexterne Übertragungseinrichtung und eine Verbindungseinrichtung auf. Die Verbindungseinrichtung weist ein erstes Verbindungseinrichtungsteil, welches mit der Energieübertragungseinrichtung gekoppelt ist, und ein zweites Verbindungseinrichtungsteil auf, welches mit einer kraftfahrzeuginternen Energieempfangseinrichtung der Energieübertragungsvorrichtung gekoppelt ist. Das erste Verbindungseinrichtungsteil ist mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil zum elektrischen Energieübertragen koppelbar. Die elektrische Energie ist im gekoppelten Zustand der beiden Verbindungseinrichtungsteile von der Energieübertragungseinrichtung zu der Energieempfangseinrichtung übertragbar, wobei die Energieübertragungseinrichtung ein erstes Überwachungselement aufweist, welches mit einer elektrischen Masse der Energieübertragungseinrichtung und einer ersten elektronischen Recheneinrichtung der Energieübertragungseinrichtung verschaltet ist und zum Überwachen eines Koppelzustands des ersten Verbindungseinrichtungsteils mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil ausgebildet ist.
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Es ist vorgesehen, dass zusätzlich die kraftfahrzeuginterne Energieempfangseinrichtung ein zweites Überwachungselement aufweist, welches mit der elektrischen Masse und der ersten elektronischen Recheneinrichtung der Energieübertragungseinrichtung durch Koppeln des ersten Verbindungseinrichtungsteils mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil koppelbar ist und zum Überwachen des Koppelzustands des ersten Verbindungseinrichtungsteils mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil ausgebildet ist.
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Dadurch ist es ermöglicht, dass auch kraftfahrzeugseitig der Koppelzustand der beiden Verbindungseinrichtungsteile überprüft werden kann. Dadurch kann der Koppelzustand zwischen den Verbindungseinrichtungsteilen auch kraftfahrzeugseitig und somit unabhängig von der Energieübertragungseinrichtung überprüft werden. Insbesondere ist dann die Überprüfung des Köppelzustands auch unabhängig von einer CAN-Nachricht. Somit ist eine redundante Überwachung des Koppelzustands ermöglicht.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Energieübertragungsvorrichtung gemäß dem chinesischen Standard
GB/T 18487.1 -2015 ausgebildet ist. Insbesondere weist dann die Energieübertragungsvorrichtung gemäß dem Standard zusätzlich das zweite Überwachungselement auf.
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Insbesondere wird die elektrische Verbindung der ersten elektronischen Recheneinrichtung zum ersten Überwachungselement auch als CC1-Pin bezeichnet. Insbesondere ist dann das zweite Überwachungselement ebenfalls mittels des CC1-Pins mit der ersten elektronischen Recheneinrichtung verschaltet.
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Bevorzugt weist die Energieempfangseinrichtung eine zweite elektronische Recheneinrichtung, beispielsweise zum Überprüfen eines Ladezustands eines elektrischen Energiespeicherelements der Energieempfangseinrichtung, auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist das zweite Überwachungselement zumindest ein elektrisches Schaltelement und einen elektrischen Widerstand auf. Insbesondere kann das Schaltelement kraftfahrzeugseitig angesteuert werden. Insbesondere ist beim Ladevorgang das Schaltelement geöffnet. Dadurch ist es ermöglicht, dass der Ladevorgang auch kraftfahrzeugseitig beendet werden kann. Somit kann die Sicherheit erhöht werden, da auch kraftfahrzeugseitig ein Ladevorgang unterbrochen werden kann, insbesondere sobald eine kritische Situation eintritt.
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Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn der elektrische Widerstand einen Widerstandswert zwischen 150 und 250 Ohm, insbesondere 200 Ohm, aufweist. Insbesondere wird durch den Widerstand die Norm
GB/T18487.1 -2015 eingehalten. Insbesondere muss mit anderen Worten das Widerstandselement hochohmig sein, um gemäß der Norm die Richtlinien einzuhalten. Insbesondere ist dann auch Sicht der Energieübertragungseinrichtung der elektrische Widerstand zwischen der elektrischen Masse und der ersten elektronischen Recheneinrichtung gleichmäßig eingehalten.
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Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn zum Bestimmen des Koppelzustands der Verbindungseinrichtung zumindest eine Spannung am zweiten Überwachungselement erfassbar ist. Insbesondere können auf Basis der erfassten Spannung unterschiedliche Koppelzustände erfasst werden. Abhängig von der gemessenen Spannung kann dann der jeweilige Koppelzustand bestimmt werden. Somit kann zuverlässig auf den Koppelzustand in Abhängigkeit der Spannung rückgeschlossen werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von elektrischer Energie an ein zumindest teilweise elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug mittels einer Energieübertragungsvorrichtung. Die Energieübertragungsvorrichtung weist eine kraftfahrzeugexterne Energieübertragungseinrichtung und eine Verbindungseinrichtung auf, wobei die Verbindungseinrichtung ein erstes Verbindungseinrichtungsteil, welches mit der Energieübertragungseinrichtung gekoppelt wird, und ein zweites Verbindungseinrichtungsteil auf, welches mit einer kraftfahrzeuginternen Energieempfangseinrichtung der Energieübertragungsvorrichtung gekoppelt wird. Das erste Verbindungseinrichtungsteil wird mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil zum elektrischen Energieübertragen gekoppelt, wobei die elektrische Energie im gekoppelten Zustand der beiden Verbindungseinrichtungsteile von der Energieübertragungseinrichtung zu der Energieempfangseinrichtung übertragen wird. Die Energieübertragungseinrichtung weist ein erstes Überwachungselement auf, welches mit einer elektrischen Masse der Energieübertragungseinrichtung und einer ersten elektronischen Recheneinrichtung der Energieübertragungseinrichtung verschaltet wird, und ein Koppelzustand des ersten Verbindungseinrichtungsteils mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil wird mittels des ersten Überwachungselements überwacht.
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Es ist vorgesehen, dass zusätzlich die kraftfahrzeuginterne Energieempfangseinrichtung ein zweites Überwachungselement aufweist, welches mit der elektrischen Masse und der ersten elektronischen Recheneinrichtung der Energieübertragungseinrichtung durch Koppeln des ersten Verbindungseinrichtungsteils mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil gekoppelt wird und der Koppelzustand des ersten Verbindungseinrichtungsteils mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil zusätzlich mittels des zweiten Überwachungselements überwacht wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die einzige Fig. schematisch eine elektrische Schaltung einer Ausführungsform einer Energieübertragungsvorrichtung.
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In der Fig. werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Fig. zeigt eine Energieübertragungsvorrichtung
10 gemäß der chinesischen Norm
GB/T 18487.1 -2015. Die Energieübertragungsvorrichtung
10 ist zum elektrischen Energieübertragen an ein zumindest teilweise elektrisch betreibbares, nicht dargestelltes, Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Energieübertragungsvorrichtung
10 weist eine kraftfahrzeugexterne Energieübertragungseinrichtung
12 auf. Ferner weist die Energieübertragungsvorrichtung 10 eine Verbindungseinrichtung
14 auf. Die Verbindungseinrichtung 14 wiederum weist einen ersten Verbindungseinrichtungsteil
16 und einen zweiten Verbindungseinrichtungsteil
18 auf. Das erste Verbindungseinrichtungsteil 16 ist mit der Energieübertragungseinrichtung
12 gekoppelt und das zweite Verbindungseinrichtungsteil
18 ist mit einer kraftfahrzeuginternen Energieempfangseinrichtung 20 gekoppelt.
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Zum elektrischen Energieübertragen ist im gekoppelten Zustand der beiden Verbindungseinrichtungsteile 16, 18 elektrische Energie von der Energieübertragungseinrichtung 12 zu der Energieempfangseinrichtung 20 übertragbar.
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Die Energieübertragungseinrichtung 12 weist ein erstes Überwachungselement 22 auf, welches mit einer elektrischen Masse 24 der Energieübertragungseinrichtung 12 und mit einer ersten elektronischen Recheneinrichtung 26 der Energieübertragungseinrichtung 12 verschaltet ist. Das Überwachungselement 22 ist zum Überwachen des Koppelzustands des ersten Verbindungseinrichtungsteils 16 mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil 18 ausgebildet.
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Bevorzugt weist die Energieempfangseinrichtung 20 eine zweite elektronische Recheneinrichtung, beispielsweise zum Überprüfen eines Ladezustands eines elektrischen Energiespeicherelements der Energieempfangseinrichtung 20, auf.
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Es ist vorgesehen, dass zusätzlich die kraftfahrzeuginterne Energieempfangseinrichtung 20 ein zweites Überwachungselement 28 aufweist, welches mit der elektrischen Masse 24 der ersten elektronischen Recheneinrichtung 26 durch Koppeln des ersten Verbindungseinrichtungsteils 16 mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil 18 koppelbar ist und zum Überwachen des Koppelzustands des ersten Verbindungseinrichtungsteils 16 mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil 18 ausgebildet ist.
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Das zweite Überwachungselement
28 weist insbesondere ein elektrisches Schaltelement
30 und einen elektrischen Widerstand
32 auf. Der elektrische Widerstand
32 weist insbesondere einen Widerstandswert zwischen 150 und 250 Ohm, insbesondere 200 Ohm, auf. Insbesondere ist es dadurch ermöglicht, dass die Norm
GB/T 18487.1 -2015 eingehalten wird.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der Zustand eines CC1-Pins 34, welcher den Ladezustand definiert, gemäß dem Stand der Technik nur über die Energieübertragungseinrichtung 12 ausgelesen werden kann. Der CC1-Pin verbindet insbesondere das erste Überwachungselement 22 mit der ersten elektronischen Recheneinrichtung 26 und erfindungsgemäß mit dem zweiten Überwachungselement 28. Die Versorgungsspannung U1, welche beispielsweise 12 Volt betragen kann, und die Spannung in einem Messpunkt M1 wird nach entsprechenden Widerstandsverteilungen durch Widerstände R1, R2 und R4 und einen Schalter 36, welcher als ein „Latch“ in dem Verbindungseinrichtungsteil 16 gedrückt oder nicht gedrückt wird, entschieden.
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Es gibt hierzu unterschiedliche Zustände. Wenn die beiden Verbindungseinrichtungsteile 16, 18 nicht gekoppelt sind, ist der Latch gedrückt und der Schalter 36 geöffnet, wobei dann an dem Messpunkt M1 die Spannung U1, insbesondere 12 Volt, gemessen werden kann. Wenn der Latch nicht gedrückt ist, ist der Schalter 36 geschlossen und an dem Messpunkt M1 kann eine Spannung von 6 Volt gemessen werden.
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Wenn die beiden Verbindungseinrichtungsteile 16, 18 gekoppelt sind, kann der Latch gedrückt sein und der Schalter S bleibt offen, wobei am Messpunkt M1 dann eine Spannung von U1/2 = 6 Volt gemessen werden kann. Wenn der Latch nicht gedrückt ist, ist der Schalter 36 geschlossen, wobei am Messpunkt M1 eine Spannung von 4 Volt gemessen werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Übertragen der elektrischen Energie erst dann gestartet wird, wenn die Energieübertragungseinrichtung 12 am Messpunkt M1 eine Spannung von 4 Volt aufweist.
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Mittels der erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung
10 ist es ermöglicht, dass auch kraftfahrzeugseitig der Koppelzustand überprüft werden kann. Das Schaltelement 30 wird vom Kraftfahrzeug angesteuert und die Spannung wird in einem Messpunkt M2 gemessen. Um die Kompatibilität mit der Norm
GB/R 18487.1 -2015 einzuhalten, muss das Widerstandselement
32 hochohmig sein. Somit ist aus „Sicht“ der ersten elektronischen Recheneinrichtung
26 der Widerstand zwischen der elektrischen Masse 24 und dem CC1-Pin 34 regelmäßig eingehalten.
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Beim Übertragen der elektrischen Energie wird das Schaltelement 30 geöffnet und die Spannung am Messpunkt M2 ermittelt. Wenn das erste Verbindungseinrichtungsteil 16 nicht mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil 18 gekoppelt ist, ist am Messpunkt M2 eine Spannung von 0 Volt zu verzeichnen. Wenn das erste Verbindungseinrichtungsteil 16 und das zweite Verbindungseinrichtungsteil 18 gekoppelt sind und der Latch gedrückt ist, was bedeutet, dass der Schalter 36 geöffnet ist, ist eine Spannung von 6 Volt am Messpunkt M2 zu verzeichnen. Wenn die Verbindungseinrichtung 14 gekoppelt ist und der Latch nicht gedrückt ist, was bedeutet, dass der Schalter 36 geschlossen ist, sind am Messpunkt M2 4 Volt zu verzeichnen. Der Ladevorgang kann dann vom Kraftfahrzeug überwacht werden, ob der Verriegelungszustand eingehalten ist und insbesondere ob die Hochvoltsicherheit eingehalten ist.
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Wenn das Schaltelement 30 geschlossen ist, ist beim Ladevorgang am Messpunkt M2 und am Messpunkt M1 eine Spannung von 1,5 Volt messbar. Insbesondere kann dadurch der Ladevorgang dann gestoppt werden, da nicht, wie erwartet, die 4 Volt von der ersten elektronischen Recheneinrichtung 26 erfasst werden können. Somit wird die Funktion, das elektrische Energieübertragen zu beenden, auch kraftfahrzeugseitig über eine elektrische Leitung durchgeführt.
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Mittels dieser Ausgestaltungsform hat die Energieübertragungsvorrichtung 10 den Vorteil, dass der Zustand der elektrischen Verriegelung innerhalb der Verbindungseinrichtung 14 über den Messpunkt M2 kraftfahrzeugseitig ermittelt werden kann und damit unabhängig von der Energieübertragungseinrichtung 12 und einer entsprechenden CAN-Nachricht. Des Weiteren kann der Energieübertragungsvorgang fahrzeugseitig unabhängig von der CAN-Nachricht abgebrochen werden.
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Beim Verfahren zum Übertragen von elektrischer Energie an das zumindest teilweise elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug wird mittels der Energieübertragungsvorrichtung 10, mit der kraftfahrzeugexternen Energieübertragungseinrichtung 12 und mit der Verbindungseinrichtung 14, wobei die Verbindungseinrichtung 14 ein erstes Verbindungseinrichtungsteil 16 aufweist, welches mit der Energieübertragungseinrichtung 12 gekoppelt wird, und das zweites Verbindungseinrichtungsteil 18 aufweist, welches mit der kraftfahrzeuginternen Energieempfangseinrichtung 20 der Energieübertragungsvorrichtung 10 gekoppelt wird, wobei das erste Verbindungseinrichtungsteil 16 mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil 18 zum elektrischen Energieübertragen gekoppelt wird, wobei die elektrische Energie im gekoppelten Zustand der beiden Verbindungseinrichtungsteil 16, 18 von der Energieübertragungseinrichtung 12 zu der Energieempfangseinrichtung 20 übertragen. Die Energieübertragungseinrichtung 12 weist das erstes Überwachungselement 22 auf, welches mit der elektrischen Masse 24 der Energieübertragungseinrichtung 12 und der ersten elektronischen Recheneinrichtung 26 der Energieübertragungseinrichtung 12 verschaltet wird und ein Koppelzustand des ersten Verbindungseinrichtungsteil 16 mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil 18 wird mittels des ersten Überwachungselements 22 überwacht.
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Es ist vorgesehen, dass zusätzlich die kraftfahrzeuginterne Energieempfangseinrichtung 20 das zweites Überwachungselement 28 aufweist, welches mit der elektrischen Masse 24 und der ersten elektronischen Recheneinrichtung 26 der Energieübertragungseinrichtung 12 durch Koppeln des ersten Verbindungseinrichtungsteil 16 mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil 18 gekoppelt wird. Der Koppelzustand des ersten Verbindungseinrichtungsteil 16 mit dem zweiten Verbindungseinrichtungsteil 18 wird zusätzlich mittels des zweiten Überwachungselements 28 überwacht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Energieübertragungsvorrichtung
- 12
- Energieübertragungseinrichtung
- 14
- Verbindungseinrichtung
- 16
- erstes Verbindungseinrichtungsteil
- 18
- zweites Verbindungseinrichtungsteil
- 20
- Empfangseinrichtung
- 22
- erstes Überwachungselement
- 24
- elektrische Masse
- 26
- erste elektronische Recheneinrichtung
- 28
- zweites Überwachungselement
- 30
- Schaltelement
- 32
- elektrischer Widerstand
- 34
- CC1-PIN
- 36
- Schalter
- M1
- erster Messpunkt
- M2
- zweiter Messpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013004638 A1 [0002]
- GB 18487 T [0003, 0010, 0014, 0021, 0026]
- GB 279302015 T [0003]
- GB 18487 R [0030]
