DE102018211333A1 - Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug sowie entsprechende Vorrichtung, Computerprogramm, maschinenlesbares Speichermedium und elektrischer Energiespeicher - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug, umfassend eine elektrische Energiespeichereinheit und eine elektronische Steuereinheit, offenbart, wobei die elektronische Steuereinheit mindestens ein Kommunikationsmittel zur Kommunikation mit einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Vorrichtung aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte:
a) Laden oder Entladen des elektrischen Energiespeichers mit einem vordefinierten elektrischen Strom;
b) Ermitteln einer mittels des vordefinierten elektrischen Stromes übertragenen elektrischen Ladungsmenge und/oder elektrischen Energie mittels der elektronischen Steuereinheit;
c) Übertragen der in dem Schritt b) ermittelten elektrischen Ladungsmenge und/oder elektrischen Energie an die außerhalb des Fahrzeugs befindliche Vorrichtung mittels der elektronischen Steuereinheit.
Weiterhin wird eine entsprechende Vorrichtung, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium und ein elektrischer Energiespeicher beschrieben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung geht aus von Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine elektrische Energiespeichereinheit und eine elektronische Steuereinheit umfasst.
  • Stand der Technik
  • Im Zuge der zunehmenden Elektrifizierung von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, rückt die Bedeutung einer entsprechenden elektrischen Ladeinfrastruktur in den Vordergrund. Dabei ist davon auszugehen, dass der Ausbau dieser Ladeinfrastruktur mit hohen Investitionen verbunden sein wird. Dies ist unter anderem den für eine Ladesäule benötigten Hardwareinstallationen geschuldet, beispielsweise dem eigentlichen Ladegerät und den Einrichtungen zur Strom- und Spannungserfassung, welche bestimmte Erfordernisse an die Genauigkeit erfüllen müssen.
  • Dabei ist der Ausbau der Ladeinfrastruktur ein wichtiger Baustein für die beschleunigte Verbreitung der elektrischen Mobilität und im Zuge der immer strengeren Anforderungen bezüglich CO2-Ausstoß gerade an Kraftfahrzeuge ein wichtiger Punkt eines nachhaltigen Fahrzeugverkehrs. Ein kostengünstiger Ausbau trägt somit unmittelbar zur stärkeren Verbreitung eines nachhaltigen Fahrzeugverkehrs bei.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Offenbart wird ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug, umfassend eine elektrische Energiespeichereinheit und eine elektronische Steuereinheit, wobei die elektronische Steuereinheit mindestens ein Kommunikationsmittel, beispielsweise eine Bluetooth- oder WLAN-Schnittstelle bzw. eine Einrichtung zum Aufbau einer drahtlosen Verbindung, zur Kommunikation mit einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Vorrichtung aufweist. Die außerhalb des Fahrzeugs befindliche Vorrichtung kann beispielsweise ein Mobiltelefon sein.
  • Dabei wird der elektrische Energiespeicher mit einem vordefinierten elektrischen Strom geladen oder entladen. Weiterhin ermittelt die elektronische Steuereinheit eine mittels des vordefinierten elektrischen Stromes übertragene elektrische Ladungsmenge und/oder eine übertragene elektrische Energie. Anschließend wird die ermittelte elektrische Ladungsmenge und/oder die ermittelte elektrische Energie an die außerhalb des Fahrzeugs befindliche Vorrichtung mittels der elektronischen Steuereinheit beziehungsweise mittels des Kommunikationsmittels der elektronischen Steuereinheit übertragen.
  • Das ist vorteilhaft, da bei dem Vorgang des Ladens beziehungsweise Entladens keine externe, das heißt außerhalb des Fahrzeugs angebrachte Einrichtung zur Strommessung beziehungsweise zur Ermittlung der elektrischen Ladungsmenge oder elektrischen Energie erforderlich ist, was eine Ladeinfrastruktur erheblich vereinfacht und den Prozess des Ladens einer einfacheren Verbreitung zugänglich macht.
  • Vorteilhafterweise wird der vordefinierte elektrische Strom zum Laden von einer externen, d.h. außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Ladevorrichtung bereitgestellt.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorteilhafterweise erfolgt die Ermittlung der elektrischen Ladungsmenge und/oder der elektrischen Energie in Abhängigkeit des durch einen in dem Fahrzeug angebrachten Stromsensor ermittelten Stromes. Dies ist vorteilhaft, da in dem Fahrzeug auf jeden Fall ein Stromsensor eingebaut ist, der zum sicheren Betrieb des Fahrzeugs eine ausreichend hohe Genauigkeit hat. Somit wird der Stromsensor in vorteilhafter Weise für den Ladeprozess eingesetzt.
  • Zweckmäßigerweise wird der Lade- oder Entladevorgang durch die außerhalb des Fahrzeugs befindliche Vorrichtung initiiert. Weiterhin wird der Lade- oder Entladevorgang durch die außerhalb des Fahrzeugs befindliche Vorrichtung beendet. Dazu können beispielsweise entsprechende Steuersignale an das Fahrzeug beziehungsweise an eine externe Ladeeinrichtung gesendet werden. Dies ist vorteilhaft, da durch die externe Steuerung des Lade- oder Entladevorgangs direkt eine entsprechende Abrechnung des Lade- oder Entladevorgangs durchgeführt werden kann und der entsprechenden Lade- oder Entladestrom zuverlässig unterbrochen werden kann.
  • Zweckmäßigerweise wird der Lade- beziehungsweise Entladevorgang nach erfolgtem Authentifizieren eines Nutzers mittels der außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Vorrichtung autorisiert. Dies ist vorteilhaft, da somit nur ein autorisiertes Laden beziehungsweise Entladen durch einen authentifizierten Nutzer möglich ist, wodurch der authentifizierte Nutzer direkt zur Zahlung des Lade- beziehungsweise Entladevorgang herangezogen werden kann.
  • Zweckmäßigerweise wird die zu übertragende Information, d.h. die Daten umfassend die ermittelte elektrische Ladungsmenge und/oder die ermittelte elektrische Energie, vor der Übertragung an die außerhalb des Fahrzeugs befindliche Vorrichtung verschlüsselt und signiert, um eine Manipulation dieser Information zu verhindern. Das ist vorteilhaft, da dadurch eine Verfälschung beziehungsweise Manipulation der zu übertragenden Information erschwert beziehungsweise zumindest erkennbar wird. Dadurch ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass ein korrekter Abrechnungsvorgang der elektrischen Ladungsmenge beziehungsweise der elektrischen Energie des Lade- oder Entladevorgangs möglich ist.
  • Zweckmäßigerweise umfasst das Ermitteln der elektrischen Ladungsmenge und/oder der elektrischen Energie eine Messung des Lade- oder Entladestromes mittels eines eichfähigen Stromsensors, wobei der eichfähige Stromsensor in dem Fahrzeug eingebaut ist. Dies ist vorteilhaft, da durch die Eichfähigkeit des Stromsensors gesetzliche Anforderungen, insbesondere in Deutschland, erfüllt werden und somit die ermittelte elektrische Ladungsmenge und/oder elektrische Energie den gesetzlichen Anforderungen an die Genauigkeit und Nachverfolgbarkeit genügt. Da in dem Fahrzeug bereits ein eichfähiger Stromsensor vorhanden ist, ist dies in vorteilhafter Weise für eine externe Lade- beziehungsweise Entladeeinrichtung nicht notwendig.
  • Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung eine Vorrichtung, umfassend eine elektronische Steuereinheit mit mindestens einem Kommunikationsmittel und mindestens einem Mittel, die eingerichtet sind, die Schritte des offenbarten Verfahrens durchzuführen. Somit können die oben genannten Vorteile dosiert werden.
  • Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein Computerprogramm, welches Befehle umfasst, die bewirken, dass die offenbarte Vorrichtung die Verfahrensschritte des offenbarten Verfahrens durchführt. Somit können die oben genannten Vorteile realisiert werden.
  • Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das offenbarte Computerprogramm gespeichert ist. Mittels des Speichermediums kann das Computerprogramm in vorteilhafter Weise einfach verteilt und ausgerollt werden.
  • Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein elektrischer Energiespeicher, welcher die offenbarte Vorrichtung umfasst. Somit können die oben genannten Vorteile durch den elektrischen Energiespeicher realisiert werden.
  • Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Blei-Säure-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel-Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein. Auch ein Kondensator ist als elektrische Energiespeichereinheit möglich.
  • Figurenliste
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • 2 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
    • 3 eine schematische Darstellung des offenbarten elektrischen Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform, welcher an eine externe Ladeeinrichtung angeschlossen ist.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.
  • 1 zeigt eine Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform. In einem ersten Schritt S11 wird ein elektrischer Energiespeicher, welcher eine elektrische Energiespeichereinheit und eine elektronische Steuereinheit umfasst und in einem Fahrzeug eingebaut ist, mit einem vordefinierten elektrischen Strom geladen. Dabei wird der elektrische Strom kontinuierlich durch einen in dem Fahrzeug verbauten, eichfähigen Stromsensor erfasst, sodass kontinuierlich Werte über dessen Stromhöhe ermittelt werden.
  • In einem zweiten Schritt S12, der zumindest teilweise parallel zu dem ersten Schritt S11 abläuft, wird die mittels des elektrischen Ladestromes übertragene elektrische Energie mittels der elektronischen Steuereinheit ermittelt.
  • Der so ermittelte Wert der elektrischen Energie wird anschließend in einem dritten Schritt S13 mittels einer Kommunikationseinheit der elektronischen Steuereinheit an eine außerhalb des Fahrzeugs befindliche Vorrichtung übertragen, wo der Wert zu Abrechnungszwecken des Ladevorgangs verwendet werden kann.
  • Zusätzlich oder alternativ zum ermittelten Wert der elektrischen Energie kann der Wert der übertragenen elektrischen Ladungsmenge ermittelt und übertragen werden.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform. In einem ersten Schritt S21 wird ein Fahrzeug, welches einen elektrischen Energiespeicher mit einer elektrischen Energiespeichereinheit und einer elektronsichen Steuereinheuit aufweist, mit einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Ladeeinrichtung verbunden.
  • In einem zweiten Schritt S22 authentisiert sich ein Nutzer des Fahrzeugs mittels seines Mobiltelefones an einem entsprechenden Computersystem der Ladeinfrastruktur, zu dem die Ladeeinrichtung gehört. Das Computersystem authentifiziert den Nutzer bei korrekten Nutzerdaten und authorisiert einen Ladevorgang durch den Nutzer, wobei zur Sicherheit von dem Computersystem eine TAN generiert und an den Nutzer beziehungsweise sein Mobiltelefon übermittelt wird. Der Nutzer gibt diese TAN über ein Display der Ladeeinrichtugn ein. Bei korrekter TAN wird anschließend der Ladevorgang authorisiert.
  • In einem dritten Schritt S23 initiiert die Ladeinrichtung den Ladevorgang. Die umfasst beispielsweise eine Ermittlung des maximalen Ladestromes, den der in dem Fahrzeug befindlichen Energiespeicher zulässt.
  • In einem vierten Schritt S24 lädt die Ladeeinrichtugn den elektrischen Energiespeicher mit einem zulässigen Strom beziehungsweise Stromprofil.
  • Währenddessen wird im Fahrzeug kontinuierlich der elektrische Strom gemessen. Dies so ermittelten Stromwerte können dabei auch mit der Ladeeinrichtung kontinuierlich ausgetauscht werden, um so der Ladeinrichtung auch ohne eigenen Stromsensor eine Regelung des Ladestromes zu ermöglichen.
  • In einem fünften Schritt S25 wird basierend auf den ermittelten Stromwerten die während des Ladevorgangs übertragene elektrische Energie ermittelt.
  • Sobald eine ausreichende Menge elektrischer Energie übertragen wurde beziehungsweise sobald ein gewisser Ladezustand des elektrischen Energiespeichers erreicht wurde, beendet die Ladeinrichtung in einem sechsten Schritt S26 den Ladevorgang.
  • Anschließend wird in einem siebten Schritt S27 der Wert der während des Ladevorgangs übertragenen elektrischen Energie verschlüsselt und digital signiert, um eine Manipulation dieser Information während der anschließenden Übertragung zu verhindern.
  • In deinem achten Schritt S28 wird der so verschlüsselt und digital signierte Wert an die außerhalb des Fahrzeugs befindliche Ladeeinrichtung übertragen, wobei dazu eine Kommunikationseinheit der elektronischen Steuereinheit eingesetzt wird. Diese Kommunikationseinheit kann beispielsweise eine Mobilfunkmodem umfassen. Die Ladeeinrichtung übertragt dann diesen Wert an das Computersystem der Ladeinfrastruktur zur Abrechnung der zum Laden verwendeten elektrischen Energie.
  • Alternativ kann der Wert auch direkt von der Kommunikationseinheit der elektronischen Steuereinheit an das Computersystem übertragen werden. Eine weitere Alternative ist die Übertragung an das Mobiltelefon des Nutzers, von wo aus der Wert dann an das Computersystem übertragen wird.
  • Zusätzlich oder alternativ zum ermittelten Wert der elektrischen Energie kann der Wert der übertragenen elektrischen Ladungsmenge in den entsprechenden Schritten verwendet werden. Dies gilt insbesondere im fünften Schritt S25, im sechsten Schritt S26, im siebten Schritt S27 und im achten Schritt S28.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung des offenbarten elektrischen Energiespeichers 72 in einem Fahrzeug 70 gemäß einer Ausführungsform, wobei der Energiespeicher 72 an eine externe Ladeinrichtung 71 angeschlossen ist. Der elektrische Energiespeicher 72 umfasst hierbei eine elektrische Energiespeichereinheit 76, eine elektronische Steuereinheit 74 und eine Kommunikationseinheit 75, mittels der eine Kommunikation mit außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Vorrichtungen, beispielsweise der Ladeeinrichtung 71, möglich ist. Weiterhin ist ein leistungselektronisches Bauteil 73 abgebildet, beispielsweise ein Stromrichter, mit dem gegebenenfalls der Ladestrom beeinflusst werden kann.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (72) in einem Fahrzeug (70), umfassend eine elektrische Energiespeichereinheit (76) und eine elektronische Steuereinheit (74), wobei die elektronische Steuereinheit (74) mindestens ein Kommunikationsmittel (75) zur Kommunikation mit einer außerhalb des Fahrzeugs (70) befindlichen Vorrichtung aufweist, umfassend die Schritte: a) Laden oder Entladen des elektrischen Energiespeichers (72) mit einem vordefinierten elektrischen Strom; b) Ermitteln einer mittels des vordefinierten elektrischen Stromes übertragenen elektrischen Ladungsmenge und/oder elektrischen Energie mittels der elektronischen Steuereinheit (74); c) Übertragen der in dem Schritt b) ermittelten elektrischen Ladungsmenge und/oder elektrischen Energie an die außerhalb des Fahrzeugs (70) befindliche Vorrichtung mittels der elektronischen Steuereinheit (74).
  2. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: d) Initiieren des Lade- oder Entladevorganges durch die außerhalb des Fahrzeugs (70) befindliche Vorrichtung; e) Beenden des Lade- oder Entladevorgangs durch die außerhalb des Fahrzeugs (70) befindliche Vorrichtung.
  3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: f) Autorisieren des Lade- oder Entladevorgangs nach erfolgtem Authentifizieren mittels der außerhalb des Fahrzeugs (70) befindlichen Vorrichtung.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor Schritt c) die zu übertragende Information vor der Übertragung verschlüsselt und signiert wird, um eine Manipulation dieser Information zu verhindern.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln in Schritt b) eine Messung des Lade- oder Entladestromes mittels eines eichfähigen Stromsensors umfasst, wobei der eichfähige Stromsensor in dem Fahrzeug (70) eingebaut ist.
  6. Vorrichtung, umfassend eine elektronische Steuereinheit (74) mit mindestens einem Kommunikationsmittel (75) und mindestens einem Mittel, die eingerichtet sind, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
  7. Computerprogramm umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung nach Anspruch 6 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchführt.
  8. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
  9. Elektrischer Energiespeicher (72), umfassend eine Vorrichtung nach Anspruch 6 und eine elektrische Energiespeichereinheit.
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CN113525109A (zh) * 2021-08-12 2021-10-22 长春捷翼汽车零部件有限公司 一种放电控制方法、装置、电子设备及存储介质
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