DE102018101642A1

DE102018101642A1 - Kommunikationseinheit für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018101642A1
Application number: DE102018101642.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Spesser
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2038-01-26
Also published as: US10940766B2; JP6771601B2; JP2019129701A; CN110077271B; US20190225103A1; KR20190090714A; CN110077271A; DE102018101642B4

Abstract

Eine Kommunikationseinheit (12) für ein Fahrzeug (10) hat eine Steuereinheit (20), einen ersten Anschluss (21), einen zweiten Anschluss (22), eine erste schaltbare Widerstandsbrücke (31), eine zweite schaltbare Widerstandsbrücke (32) und eine Messvorrichtung (38) zur Erzeugung eines die Spannung an der ersten Widerstandsbrücke (31) charakterisierenden Messsignals (39) aufweist. Die erste schaltbare Widerstandsbrücke (31) und die zweite schaltbare Widerstandsbrücke (32) sind jeweils zwischen dem ersten Anschluss (21) und dem zweiten Anschluss (22) vorgesehen und parallel zueinander geschaltet. Die Steuereinheit (20) weist mindestens einen ersten Zustand (Z1) und einen zweiten Zustand (Z2) auf, welcher erste Zustand (Z1) einem aktiven Ladevorgang entspricht, und welcher zweite Zustand (Z2) eintritt, wenn die Steuereinheit (20) im ersten Zustand (Z1) ein externes Abbruchsignal über den ersten Anschluss (21) und den zweiten Anschluss (22) empfängt. Die Steuereinheit (20) ist dazu ausgebildet, bei einem Wechsel in den zweiten Zustand (Z2) die folgenden Schritte auszuführen:
a) falls der erste Schalter (33) leitend ist, wird der erste Schalter (33) nicht-leitend geschaltet,
b) der zweite Schalter (35) wird nicht-leitend geschaltet,
c) der zweite Schalter (35) wird nach Schritt b) wieder leitend geschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kommunikationseinheit für ein Fahrzeug, insbesondere für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug.
Heutige Ladestationen kommunizieren mit dem zu ladenden Fahrzeug und tauschen über Signale Information zum aktuellen Zustand und zu möglichen Ladeparametern aus.
Die US 2009/0091291 A1 , die US 2012/0135626 A1 und die US 2015/0022152 A1 zeigen jeweils ein Bordladegerät für ein Fahrzeug, das mit einer Ladestation kommuniziert, um eine Feststellung durch die Ladestation zu ermöglichen, wenn der Ladestecker während eines Ladevorgangs abgezogen wird.
Die US 2013/0088199 A1 beschreibt eine Vorrichtung, die es erlaubt, ein Elektrofahrzeug während eines Ladevorgangs von einer Ladestation zu trennen und anschließend wieder zu verbinden. Die Ladestation erkennt den jeweiligen Zustand.
Die US 2013/0088200 A1 beschreibt ein Bordladegerät, das den Ladevorgang vorübergehend anhält, wenn es ein Trennsignal empfängt, und den Ladevorgang fortsetzt, wenn das Trennsignal abbricht.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Kommunikationseinheit für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Indem der zweite Schalter nicht-leitend und anschließend wieder leitend geschaltet wird, werden ein Ziehen des Steckers und ein anschließendes neues Stecken des Steckers simuliert. Dies ermöglicht bei einigen Ladestationen nach einem Fehlerfall eine automatische Fortsetzung des Ladevorgangs und erhöht damit die Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug geladen ist, wenn der Fahrzeughalter sein Fahrzeug abholt. Diese Lösung hat sich beispielsweise als vorteilhaft erwiesen bei der Kombination älterer Ladestationen mit jüngeren Fahrzeugen. Bei dieser Kombination ist es zu Fehlern gekommen, da die älteren Ladestationen die neuen Kommunikationsprotokolle nicht kennen, und die älteren Ladestationen haben mit einem Fehler und mit einer Anforderung zum erneuten Stecken des Ladesteckers reagiert, das durch den Gegenstand des Anspruchs 1 automatisch erfolgen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit ein Filter auf, um den zweiten Schalter anzusteuern. Hierdurch wird die Gefahr eines ungewollten Schaltens des zweiten Schalters verringert, da dies zu einem Abbruch des Ladevorgangs führen könnte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Filter ein Tiefpassfilter. Hierdurch können hochfrequente bzw. kurzeitige Störungen ausgefiltert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinheit einen Mikrocontroller auf, welcher Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, den zweiten Schalter anzusteuern. Dies ermöglicht eine programmgesteuerte Ansteuerung des zweiten Schalters.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kommunikationseinheit dazu ausgebildet, im ersten Zustand das Messsignal auszuwerten und eine Änderung des Tastverhältnisses auf 100 % als externes Abbruchsignal zu werten. Dies ist eine bevorzugte Ausgestaltung des Fehlersignals. Alternativ könnte auch ein anderes Tastverhältnis als Fehlersignal definiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, zwischen Schritt b) und c) den folgenden Schritt auszuführen:

b1) es wird eine vorgegebene Zeitdauer gewartet.

Hierdurch wird die Robustheit des Verfahrens erhöht, da eine Kontrolle stattfindet, ob die Ladestation entsprechend dem Signal reagiert hat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, nach Schritt b) das Messsignal zu überwachen und als notwendige Bedingung für den Wechsel zu Schritt c) zu überprüfen, ob die Größe des Messsignals innerhalb eines vorgegebenen ersten Bereichs liegt. Dies erhöht die Betriebssicherheit, da eine Fortsetzung nur erfolgt, wenn die Ladestation und die Steuereinheit entsprechend reagieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, nach Schritt b) das Messsignal zu überwachen und als notwendige Bedingung für den Wechsel zu Schritt c) zu überprüfen, ob das Messsignal ein Tastverhältnis von 100 % aufweist. Es wird somit überprüft, ob die Ladestation ordnungsgemäß reagiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Zeitdauer nach Schritt b) zu überprüfen und dann, wenn die mindestens eine notwendige Bedingung innerhalb einer vorgegebenen maximalen Zeitdauer nicht erfüllt ist, den ersten Schalter nicht-leitend und den zweiten Schalter leitend zu schalten und anschließend erneut zu Schritt a) zu wechseln. Es erfolgt somit ein Neubeginn der Kommunikation, da die Reaktion nicht dem Kommunikationsprotokoll entspricht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, nach Schritt c) die folgenden Schritte auszuführen:

d) der erste Schalter wird leitend geschaltet,
e) der Ladevorgang wird gestartet.

Hierdurch wird zum einen der Ladestation mitgeteilt, dass die Kommunikationseinheit bereit zum Starten ist, und der Ladevorgang wird richtig gestartet, indem beispielsweise ein Signal von der Steuereinheit an eine Ladeeinheit übertragen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, nach Schritt d) das Messsignal zu überwachen und als notwendige Bedingung für den Wechsel zu Schritt e) zu überprüfen, ob die Größe des Messsignals bei einem Puls innerhalb eines vorgegebenen zweiten Bereichs liegt. Bei einem PWM-Signal mit einem Tastverhältnis größer als 0 % und kleiner als 100 % tritt abwechselnd ein Puls und eine Pulspause auf, wobei die gesamte Periodendauer zumindest zeitweise konstant ist. Die Höhe der Spannung wird daher bei einem Puls ermittelt und nicht bei einer Pulspause.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, nach Schritt d) das Messsignal zu überwachen und als notwendige Bedingung für den Wechsel zu Schritt e) zu überprüfen, ob das Tastverhältnis des Messsignals kleiner als 100 % ist. Es wird somit das Vorhandensein eines PWM-Signals mit einem Tastverhältnis kleiner als 100 % vorausgesetzt, um zum nächsten Schritt zu wechseln.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Schalter als MOSFET, als Relais oder als Transistor ausgebildet. Dies sind bevorzugte Schalter, wobei der MOSFET als besonderer Transistor besonders gut geeignet ist, da er eine hohe Packungsdichte und geringe Herstellungskosten hat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, ein über den ersten Anschluss und zweiten Anschluss zugeführtes PWM-Signal auszuwerten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kommunikationseinheit dazu ausgebildet, mit einer Ladestation mit einem Stecker gemäß der Norm EN 62196 Typ 2 zusammen zu wirken.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt

1 in schematischer Darstellung ein Fahrzeug mit einer Kommunikationseinheit und eine mit diesem Fahrzeug verbundene Ladestation,
2 in schematischer Darstellung eine Ansteuerung eines Schalters der Kommunikationseinheit,
3 ein Flussdiagramm über den Ablauf eines in der Kommunikationseinheit ablaufenden Programms,
4 ein Flussdiagramm zur Auswertung eines Messsignals, und
5 ein Flussdiagramm für eine Auswertung eines Messsignals mit Behandlung eines Fehlerfalls.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Fahrzeug 10 und eine Ladestation 52. Das Fahrzeug 10 ist bevorzugt ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. Das Fahrzeug 10 hat eine Kommunikationseinheit 12, die über einen ersten Anschluss 21 und einen zweiten Anschluss 22 mit der Ladestation 52 verbunden ist. Hierfür ist bevorzugt ein schematisch angedeuteter Stecker 55 vorgesehen, der üblicherweise an der Ladestation 52 befestigt ist und mit einer entsprechenden Buchse 25 des Fahrzeugs 10 lösbar verbindbar ist. Die Kommunikationseinheit 12 hat eine Steuereinheit 20, eine erste schaltbare Widerstandsbrücke 31 und eine zweite schaltbare Widerstandsbrücke 32. Die erste schaltbare Widerstandsbrücke 31 und die zweite schaltbare Widerstandsbrücke 32 sind jeweils zwischen dem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 22 vorgesehen und parallel zueinander geschaltet. Bevorzugt ist zusätzlich eine Diode 23 zwischen dem ersten Anschluss 21 und den Widerstandsbrücken 31, 32 vorgesehen, wobei die Kathode der Diode 23 den Widerstandsbrücken 31, 32 zugewandt ist.
Die erste schaltbare Widerstandsbrücke 31 hat einen ersten Schalter 33 und einen ersten Widerstand 34, die in Reihe geschaltet sind. Die zweite schaltbare Widerstandsbrücke 32 hat einen zweiten Schalter 35 und einen zweiten Widerstand 36, die in Reihe geschaltet sind. Die Schalter 33, 35 können bevorzugt als MOSFET, als Relais oder als Transistor ausgebildet werden.
Ein Spannungsmesser 38 ist zur Messung der Spannung an den Widerstandsbrücken 31, 32 vorgesehen und mit der Steuereinheit 20 verbunden, um ein entsprechendes Messsignal zuzuführen. Da die Widerstandsbrücken parallel geschaltet sind, kann man sagen, dass die Messvorrichtung 38 zur Erzeugung eines die Spannung an der ersten Widerstandsbrücke 31 charakterisierenden Messsignals 39 ausgebildet ist. In gleicher Weise entspricht dies der Spannung an der zweiten Widerstandsbrücke bzw. der Spannung an beiden Widerstandsbrücken. Die Steuereinheit 20 ist mit dem ersten Schalter 33 und dem zweiten Schalter 35 verbunden, um eine Ansteuerung dieser Schalter 33, 35 zu ermöglichen.
Die Ladestation 52 hat beispielhaft einen Kondensator 54, welcher zwischen dem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 22 geschaltet ist, und parallel zum Kondensator 54 sind ein Widerstand 56 und ein Signalgenerator 58 in Reihe geschaltet. Eine Leitung 60 ist mit dem ersten Anschluss 21 verbunden und dient zur Übertragung eines Spannungssignals für die Spannung am ersten Anschluss 21, um eine Auswertung des Spannungssignals zu ermöglichen.
Die gezeigte Kommunikationseinheit 12 kann insbesondere verwendet werden für einen Steckertyp gemäß der Norm EN 62196 Typ 2, die im Folgenden verkürzt IEC Typ 2 genannt wird. Der erste Anschluss 21 entspricht dem dort definierten Anschluss CP (Control Pilot), und der zweite Anschluss 22 entspricht dem Anschluss PE (Schutzkontakt).
Bei geschlossenem (leitendem) Schalter 35 verhält sich die Kommunikationseinheit 12 wie eine übliche Kommunikationseinheit für die genannte Norm IEC Typ 2, und ein Ladvorgang erfolgt gemäß dieser Norm grob zusammengefasst wie folgt: Vor der Verbindung des Steckers 55 der Ladestation 52 mit dem Kraftfahrzeug 10 erzeugt der Signalgenerator 58 eine ständige Spannung von 12 Volt, und es erfolgt keine PWM-Taktung. Das Tastverhältnis DC (englisch Duty Cycle) ist also 100 Prozent, die Pulsdauer entspricht somit der Periodendauer des PWM-Signals, und es tritt keine Pulspause auf. Wenn der Kunde den Stecker 55 der Ladestation 52 steckt und damit die Ladestation 52 mit der Kommunikationseinheit 12 verbindet, wird gemäß der Norm IEC Typ 2, die eine passive Widerstandsbrücke 32 ohne Schalter 35 vorsieht, der Pegel an den Widerstandsbrücken 31, 32 auf 9 Volt erniedrigt, da der Widerstand 36 und der Widerstand 56 als Spannungsteiler wirken. Diese Absenkung wird von der Ladestation 52 detektiert, und die Ladestation 52 erzeugt über den Signalgenerator 58 ein getaktetes PWM-Signal, wobei das Tastverhältnis DC angibt, welchen Strom die Ladesäule 52 zur Verfügung stellen kann. Die Kommunikationseinheit 12 erkennt, dass die Ladestation 52 ein getaktetes PWM-Signal liefert, und sie geht daher davon aus, dass die Ladestation 52 angeschlossen ist und für die Stromlieferung bereit ist. Die Kommunikationseinheit 12 schaltet daraufhin den ersten Schalter 33 leitend, und hierdurch sinkt die Spannung an den Widerstandsbrücken 31, 32 auf 6 Volt mit dem durch den Signalgenerator 58 vorgegebenen Tastverhältnis DC. Diese Änderung wird durch die Ladestation 52 erkannt, und diese kann die - nicht dargestellten - Sicherheitsschütze für die Ladung des Fahrzeugs leitend schalten und hierdurch den Ladevorgang starten.
Bei leitend geschaltetem zweitem Schalter 35 kann die Kommunikationseinheit 12 somit wie eine übliche Kommunikationseinheit für die Norm IEC Typ 2 funktionieren.
Neben der Kommunikationseinheit 12 ist im Fahrzeug 10 für den Ladevorgang eine Ladeeinheit 73 vorgesehen, die über einen dritten Anschluss 71 und einen vierten Anschluss 72 mit einer Leistungseinheit 74 der Ladestation 52 verbunden ist. Die Kommunikationseinheit 12 ist über eine Steuerleitung 75 mit der Ladeeinheit 73 verbunden. Über die Anschlüsse 71, 72 fließt beim Ladevorgang der Ladestrom von der Ladestation 52 zum Fahrzeug 10. Der Stecker gemäß der Norm IEC Typ 2 definiert weitere Anschlüsse.
Gemäß einer Ausführungsform hat der erste Widerstand 34 einen elektrischen Widerstand von 1,3 kOhm und der zweite Widerstand 36 einen elektrischen Widerstand von 2,74 kOhm. Gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei der ein Ventilator vorgesehen ist, hat der erste Widerstand 34 einen elektrischen Widerstand von 270 Ohm und der zweite Widerstand 36 einen elektrischen Widerstand von 2,74 kOhm. Es werden bevorzugt Widerstände 34, 36 mit einer Mindestgenauigkeit von 3 % verwendet.
2 zeigt in schematischer Darstellung die Ausgestaltung der Steuereinheit 20 zur Ansteuerung des zweiten Schalters 35. Die Steuereinheit 20 hat bevorzugt einen Mikrocontroller (µC) 24, der bevorzugt über eine Ansteuerelektronik 26 und ein Filter 28 mit dem zweiten Schalter 35 verbunden ist.
Die Ansteuerelektronik 26 kann bspw. ein Operationsverstärker oder ein Transistor sein, und sie ist nur erforderlich, wenn der Mikrocontroller 24 keinen für das Schalten des zweiten Schalters 35 ausreichenden Strom bzw. keine ausreichende Spannung liefern kann. Das Filter 28 ist dazu vorgesehen, Störsignale auszufiltern, um ein ungewolltes Schalten des zweiten Schalters 35 zu verhindern bzw. zumindest die Gefahr zu verringern, da dies zu einem Abbruch des Ladevorgangs führen könnte. Das Filter 28 ist bevorzugt ein Tiefpassfilter, bspw. ein RC-Glied oder ein Tiefpass zweiter Ordnung.
3 zeigt ein Flussdiagramm für eine mögliche Verwendung der Schaltung von 1. Das Programm kann beispielsweise in dem Mikrocontroller 24 von 2 ablaufen, oder es kann über ein FPGA (Field Programmable Gate Array) implementiert werden. Im Flussdiagramm bedeuten „Y“ Ja (englisch Yes) und „N“ Nein (englisch No).
Das Programm beginnt im Schritt S100 mit dem Start. Im Schritt S102 wird eine Variable CA auf den Wert Null gesetzt, um anzuzeigen, dass noch kein aktiver Ladevorgang abgebrochen wurde. Im Schritt S104 wird überprüft, ob die Variable CA den Wert 1 hat. Falls dies nicht der Fall ist, wurde nicht zuvor ein aktiver Ladevorgang abgebrochen, und es erfolgt ein Sprung nach S106 zu der Routine „START UP CHARGE“, in der der Ladevorgang wie bei 1 beschrieben eingeleitet wird. Anschließend folgt ein Sprung nach S108, und dort wird die Variable CA auf den Wert 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass aktuell geladen wird, und die Ladung „CHARGE“ findet statt. Dies kann als erster Zustand Z1 bezeichnet werden.
Während des Ladevorgangs im Schritt S108 erfolgt in zeitlichen Abständen ein Sprung nach S110, und dort wird geprüft, ob das Tastverhältnis DC aktuell gleich 100 Prozent ist, ob der Signalgenerator 58 aus 1 also die Taktung beendet hat und nur noch die hohe Spannung generiert. Die Steuereinheit 20 empfängt also im ersten Zustand Z1 ein externes Abbruchsignal über den ersten Anschluss 21 und den zweiten Anschluss 22, und hierdurch tritt ein zweiter Zustand Z2 ein.
Falls ein solcher Fehlerfall bzw. zweiter Zustand Z2 vorliegt, erfolgt ein Sprung nach S111 (CLOSE SW35; OPEN SW 33), und bevorzugt wird der zweite Schalter 35 geschlossen (leitend geschaltet) und der erste Schalter 33 geöffnet (nicht-leitend geschaltet). Anschließend erfolgt ein Sprung nach S104.
Falls in S110 kein Fehlerfall vorliegt, erfolgt dagegen ein Sprung nach S112, und es wird in der Routine „FINISHED?“ überprüft, ob der Ladevorgang beendet ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die wiederaufladbare Batterie des Fahrzeugs voll ist, oder wenn der Benutzer die Ladung abgebrochen hat. Falls nicht, erfolgt ein Sprung zurück nach S108, und der Ladevorgang wird fortgesetzt. Falls der Ladevorgang beendet ist, erfolgt dagegen ein Sprung S114, und das Programm wird beendet. Alternativ kann die Variable CA wieder auf den Wert Null gesetzt und auf die nächste Ladung gewartet werden.
Nach einer Beendigung des Ladevorgangs durch die Ladestation 52, indem diese mit dem Signalgenerator 58 andauernd eine hohe Spannung erzeugt, erfolgt nach dem Rücksprung vom Schritt S110 eine andere Verzweigung in S104, da die Variable CA den Wert 1 hat.
Nach einem Abbruch eines Ladevorgangs wird von vielen Ladesäulenherstellern verlangt, dass der Ladestecker 55 physikalisch gezogen und anschließend wieder gesteckt wird, um den Ladevorgang wieder in Gang zu setzen. Dies hat zur Folge, dass keine Ladung stattfindet, bis der Stecker 55 vom Nutzer gezogen und anschließend wieder gesteckt wurde. Um die Robustheit des Ladevorgangs zu erhöhen, wird in dem Programmteil ab S120 das physikalische Ziehen und Stecken des Steckers 55 durch eine entsprechende Ansteuerung des zweiten Schalters 35 ersetzt. Ein Öffnen des zweiten Schalters 35 kann von der Ladestation 52 als Ziehen des Steckers 55 erkannt werden, da in beiden Fällen die Verbindung zwischen den Anschlüssen 21, 22 auf der Fahrzeugseite hochohmig wird. Ein anschließendes Schließen des zweiten Schalters 35 teilt der Ladestation 52 mit, dass der Stecker 55 wieder gesteckt ist, also eine Verbindung zwischen der Ladestation 52 und der Kommunikationseinheit 12 vorliegt. Über den Schalter 35 wird somit bei gestecktem Stecker 55 das Ziehen des Steckers 55 und das anschließende Stecken simuliert, indem die gleichen elektrischen Eigenschaften eingestellt werden.
In S120 wird überprüft, ob die Spannung UCP gleich 9 V ist und das Tastverhältnis DC gleich 100 Prozent ist. In dieser Ausführungsform sind also beides notwendige Bedingungen, die erfüllt sein müssen. Dies ist der Fall, wenn der erste Schalter 33 geöffnet (nicht-leitend) ist, der zweite Schalter 35 geschlossen (leitend) ist, und der Signalgenerator 58 ein Tastverhältnis DC von 100 Prozent generiert, also eine andauernd hohe Spannung erzeugt. Hierzu wird die Spannung über die Messvorrichtung 38 ausgewertet und der Steuervorrichtung 20 zugeführt, vgl. 1. Es findet also bei den Vergleichen im Flussdiagramm jeweils zuvor eine Messung statt, wobei dies aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht jeweils in einem zusätzlichen Schritt ausgeführt ist. Die Prüfung, ob die Spannung UCP 9 Volt entspricht, ist vereinfacht ausgedrückt. Im Programm wird üblicherweise getestet werden, ob die Spannung sich innerhalb eines zulässigen Bereichs, bspw. zwischen 8 V und 10 V oder zwischen 8,5 V und 9,5 V befindet. Die Spannung UCP sollte also einem Wert entsprechen, der bei einem entsprechenden Zustand der Schalter 33 und 35 sowie einer entsprechenden Signalgenerierung durch den Signalgenerator 58 auftritt, unter Berücksichtigung der maximalen Toleranzen der Bauteile. Das Gleiche gilt für die anderen, im Folgenden angegebenen Spannungswerte.
Hat die Überprüfung in S120 ein positives Ergebnis, so erfolgt ein Sprung nach S122, und in der Routine „OPEN SW35“ wird der zweite Schalter 35 geöffnet bzw. nicht-leitend geschaltet. Hierdurch wird der Ladestation 52 bei gestecktem Stecker 55 signalisiert, dass der Stecker 55 gezogen wurde, dass also keine Verbindung über die Anschlüsse 21, 22 vorliegt.
Anschließend wird bevorzugt in S124 geprüft, ob die Spannung UCP auf 12 Volt angestiegen ist und das Tastverhältnis DC weiterhin 100 Prozent beträgt. Falls dies der Fall ist, erfolgt ein Sprung nach S126, und in der Routine „CLOSE SW35“ wird der zweite Schalter 35 wieder geschlossen bzw. leitend geschaltet. Dies signalisiert der Ladestation 52, dass der Stecker „wieder“ steckt.
Anschließend wird in S128 bevorzugt überprüft, ob die Spannung UCP durch das Schließen des zweiten Schalters SW35 wieder auf 9 Volt gesunken ist und ob das Tastverhältnis DC des Signalgenerators 58 weiterhin 100 Prozent beträgt. Falls dies der Fall ist, wird in S130 in der Routine „WAIT“ gewartet. Entweder wird eine vorgegebene Zeitdauer gewartet, oder es wird für eine vorgegebene maximale Zeitdauer überprüft, ob sich der Zustand des Signalgenerators 58 ändert. In S132 wird überprüft, ob der Signalgenerator 58 ein getaktetes PWM-Signal erzeugt, um so anzuzeigen, dass die Ladestation 52 erkannt hat, dass der Stecker 55 gesteckt wurde und durch das PWM-Signal bekannt gibt, welche Ladeströme möglich sind. Wenn dies der Fall ist, wird in S134 in der Routine „CLOSE SW33“ der erste Schalter 33 geschlossen, und anschießend wird in S136 überprüft, ob die Spannung UCP auf 6 Volt gefallen ist und weiterhin ein getaktetes PWM-Signal durch den Signalgenerator 58 erzeugt wird.
Falls dies der Fall ist, erfolgt ein Sprung nach S108, und der Ladevorgang findet wie zuvor beschrieben statt.
Wenn die Überprüfung in S120 negativ war, wenn also die Ladestation 52 nicht fortdauernd eine Spannung liefert oder der Stecker 55 nicht richtig verbunden ist, erfolgt ein Sprung nach S140, und dort wird überprüft, ob bereits eine vorgegebene Anzahl an Versuchen erfolglos durchgeführt wurde. Falls dies nicht der Fall ist, erfolgt ein Sprung nach S104. Falls bereits eine vorgegebene Anzahl an Versuchen erfolglos durchgeführt wurde, erfolgt ein Sprung nach S142, und es wird ein Fehlersignal generiert. Das Fehlersignal „ERROR“ kann in der Kommunikationseinheit 12 gespeichert werden und/oder an die Ladestation 52 ausgegeben werden, damit diese den Fehler bspw. über ein Display anzeigen kann. Für die Überprüfung in S140 kann bspw. ein Zähler verwendet werden, der in S120 jeweils nach einem erfolglosen Versuch erhöht wird, und der bspw. in den Schritten S102 bzw. S111 jeweils zurückgesetzt wird.
Wenn in den Schritten S124, S128, S132 oder S136 die Überprüfung zu einem negativen Ergebnis geführt hat, erfolgt bevorzugt jeweils ein Sprung nach S138, und dort wird der zweite Schalter 35 geschlossen (leitend geschaltet) und der erste Schalter 33 geöffnet (nicht-leitend geschaltet), falls dies nicht jeweils bereits der Fall war. Wenn also die Schalter 35 und 33 bereits den entsprechenden Zustand haben, muss kein erneutes Schalten in den gewünschten Zustand erfolgen. Anschließend erfolgt ein Sprung zurück nach S120.
Die in dem Flussdiagramm aufgeführten Überprüfungen der Spannung und des Tastverhältnisses in den Schritten S120, S124, S128, S132 und S136 führen zu einer guten Fehlererkennung und Betriebssicherheit. Sie sind jedoch für das Funktionieren nicht zwingend erforderlich und können ganz oder teilweise weggelassen werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Auswertung des Messsignals 39 von 1 zur Bestimmung der Größe des Messsignals 39. Beispielhaft soll überprüft werden, ob das Messsignal eine Spannung von 9 Volt hat bzw. einer solchen Spannung entspricht.
Eine solche Überprüfung wird für unterschiedliche Spannungen bspw. in den Schritten S120, S124, S128, S132 und S136 durchgeführt.
S150 bezeichnet die Routine, die überprüfen soll, ob die Spannung UCP dem Wert 9 Volt entspricht. In S152 wird eine Messung durchgeführt, und das Messsignal 39 wird hierzu ausgewertet. Das Messsignal 39 kann bspw. als analoge Spannung vorliegen, die optional über einen Spannungsteiler in einen geeigneten Spannungsbereich transformiert wird, oder das Messsignal 39 kann in Form digitaler Messwerte der Steuereinheit 20 zugeführt werden. Anschließend wird in S154 überprüft, ob sich der Wert UCP zwischen 8,5 Volt und 9,5 Volt befindet. Bei einer ggf. durchgeführten Transformierung der Werte durch einen Spannungsteiler oder bei einer durchgeführten A/D-Wandlung werden an Stelle der Werte 8,5 Volt und 9,5 Volt diesen Spannungen entsprechende Werte verwendet. Falls die Bedingung zutrifft, erfolgt ein Sprung nach S156, und das Ergebnis ist positiv (TRUE), die Bedingung ist also erfüllt. Falls nicht, erfolgt ein Sprung nach S158, und das Ergebnis ist negativ (FALSE). Die geeignete Größe des Bereichs, der in S154 überprüft wird, ist insbesondere abhängig von den maximalen Toleranzen der Bauteile und des Signalgenerators 58 in der Ladestation 52.
5 zeigt eine fehlertolerantere Variante zum Schritt S124 aus 3 und kann diesen Schritt ersetzen. Das Flussdiagramm beginnt im Schritt S170. In S172 wird ein Timer TIMER1 gestartet („START TIMER1“). In S174 wird überprüft, ob das Messsignal UCP einem Wert von 12 Volt entspricht und ob das Tastverhältnis DC des PWM-Signals 100 Prozent beträgt. Falls JA, sind diese notwendigen Bedingungen erfüllt und es erfolgt ein Sprung zum Schritt S176, der mit „TRUE“ bezeichnet ist und angibt, dass die Bedingungen erfüllt sind und fortgefahren werden kann. Falls mindestens eine der notwendigen Bedingungen von S174 nicht erfüllt ist, erfolgt ein Sprung nach S178, und es wird überprüft, ob der Wert des Timers TIMER1 kleiner ist als eine vorgegebene maximale Zeitdauer T_MAX. Falls dies der Fall ist, ist noch nicht die maximale Zeitdauer abgelaufen, und es erfolgt ein Sprung zurück nach S174. Falls NEIN, erfolgt ein Sprung nach S180, und das Ergebnis ist negativ („FALSE“). In dem Flussdiagramm von 3 würde daraufhin zum Schritt S138 gesprungen werden.
Alternativ zu der Schleife mit den Schritten S174 und S178 kann vor S124 in 3 eine vorgegebene Zeitdauer gewartet werden und erst anschließend die Überprüfung erfolgen. Dies hat jedoch ggf. einen langsameren Programmablauf zur Folge.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009/0091291 A1 [0003]
US 2012/0135626 A1 [0003]
US 2015/0022152 A1 [0003]
US 2013/0088199 A1 [0004]
US 2013/0088200 A1 [0005]

Claims

Kommunikationseinheit (12) für ein Fahrzeug (10), welche Kommunikationseinheit (12) eine Steuereinheit (20), einen ersten Anschluss (21), einen zweiten Anschluss (22), eine erste schaltbare Widerstandsbrücke (31), eine zweite schaltbare Widerstandsbrücke (32) und eine Messvorrichtung (38) zur Erzeugung eines die Spannung an der ersten Widerstandsbrücke (31) charakterisierenden Messsignals (39) aufweist, welche erste schaltbare Widerstandsbrücke (31) und welche zweite schaltbare Widerstandsbrücke (32) jeweils zwischen dem ersten Anschluss (21) und dem zweiten Anschluss (22) vorgesehen und parallel zueinander geschaltet sind, welche erste schaltbare Widerstandsbrücke (31) einen ersten Schalter (33) und einen ersten Widerstand (34) aufweist, welche zweite schaltbare Widerstandsbrücke (32) einen zweiten Schalter (35) und einen zweiten Widerstand (36) aufweist, welche Steuereinheit (20) mindestens einen ersten Zustand (Z1) und einen zweiten Zustand (Z2) aufweist, welcher erste Zustand (Z1) einem aktiven Ladevorgang entspricht, welcher zweite Zustand (Z2) eintritt, wenn die Steuereinheit (20) im ersten Zustand (Z1) ein externes Abbruchsignal über den ersten Anschluss (21) und den zweiten Anschluss (22) empfängt, welche Steuereinheit (20) dazu ausgebildet ist, bei einem Wechsel in den zweiten Zustand (Z2) die folgenden Schritte auszuführen: a) falls der erste Schalter (33) leitend ist, wird der erste Schalter (33) nicht-leitend geschaltet, b) der zweite Schalter (35) wird nicht-leitend geschaltet, c) der zweite Schalter (35) wird nach Schritt b) wieder leitend geschaltet.
Kommunikationseinheit nach Anspruch 1, bei welcher die Steuereinheit (20) ein Filter (28) aufweist, um den zweiten Schalter (35) anzusteuern.
Kommunikationseinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Steuereinheit (20) einen Mikrocontroller (24) aufweist, welcher Mikrocontroller (24) dazu ausgebildet ist, den zweiten Schalter (35) anzusteuern.
Kommunikationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche dazu ausgebildet ist, im ersten Zustand (Z1) das Messsignal (39) auszuwerten und eine Änderung des Tastverhältnisses auf 100 % als externes Abbruchsignal zu werten.
Kommunikationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Steuereinheit (20) dazu ausgebildet ist, zwischen Schritt b) und c) den folgenden Schritt auszuführen: b1) es wird eine vorgegebene Zeitdauer gewartet.
Kommunikationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Steuereinheit (20) dazu ausgebildet ist, nach Schritt b) das Messsignal (39) zu überwachen und als notwendige Bedingung für den Wechsel zu Schritt c) zu überprüfen, ob die Größe des Messsignals (39) innerhalb eines vorgegebenen ersten Bereichs liegt.
Kommunikationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Steuereinheit (20) dazu ausgebildet ist, nach Schritt b) das Messsignal (39) zu überwachen und als notwendige Bedingung für den Wechsel zu Schritt c) zu überprüfen, ob das Messsignal (39) ein Tastverhältnis (DC) von 100 % aufweist.
Kommunikationseinheit nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher die Steuereinheit (20) dazu ausgebildet ist, die Zeitdauer nach Schritt b) zu überprüfen und dann, wenn die mindestens eine notwendige Bedingung innerhalb einer vorgegebenen maximalen Zeitdauer (T_MAX) nicht erfüllt ist, den ersten Schalter (33) nicht-leitend und den zweiten Schalter (35) leitend zu schalten und anschließend erneut zu Schritt a) zu wechseln.
Kommunikationseinheit nach Anspruch 8, bei welcher die Steuereinheit (20) dazu ausgebildet ist nach einer vorgegebenen Anzahl an erneuten Wechseln zu Schritt a) einen Fehler auszugeben.
Kommunikationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Steuereinheit (20) dazu ausgebildet ist, nach Schritt c) die folgenden Schritte auszuführen: d) der erste Schalter (33) wird leitend geschaltet, e) der Ladevorgang wird gestartet.
Kommunikationseinheit nach Anspruch 10, bei welcher die Steuereinheit (20) dazu ausgebildet ist, nach Schritt d) das Messsignal (39) zu überwachen und als notwendige Bedingung für den Wechsel zu Schritt e) zu überprüfen, ob die Größe des Messsignals (39) bei einem Puls innerhalb eines vorgegebenen zweiten Bereichs liegt.
Kommunikationseinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei welcher die Steuereinheit (20) dazu ausgebildet ist, nach Schritt d) das Messsignal (39) zu überwachen und als notwendige Bedingung für den Wechsel zu Schritt e) zu überprüfen, ob das Tastverhältnis (DC) des Messsignals (39) kleiner als 100 % ist.
Kommunikationseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der zweite Schalter (35) als MOSFET, als Relais oder als Transistor ausgebildet ist.