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Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb weisen einen Akkumulator auf, der bei sogenannten Plug-in-Fahrzeugen über eine Ladebuchse (allgemein: über einen Ladeanschluss) von außen geladen werden kann. Bei Fahrzeugen, die mehrere Ladebuchsen aufweisen, etwa um von unterschiedlichen Seiten des Fahrzeugs laden zu können, müssen beim Laden die Zustände (blockiert, freigegeben) der Ladebuchsen koordiniert werden.
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Das hier beschriebene Fahrzeugbordnetz beschäftigt sich mit der Möglichkeit, diese Koordination sicher auszugestalten.
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Die Druckschrift
US 2018 / 0 229 613 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit mehreren Ladeanschlüssen, wobei ein Kommunikationssubsystem zur internen Kommunikation und als Übertragungsschnittstelle nach außen dient. Die Druckschrift
DE 10 2013 105 025 A1 beschreibt ein Steuerungsverfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs, wobei mehrere Ladebuchsen und Kommunikationsschnittstellen zum Datenaustausch mit der Ladestation vorgesehen sind. Die Druckschrift
DE 10 2018 102 714 A1 betrifft eine Ladevorrichtung mit mehreren Überwachungseinheiten auf, wobei die Ladevorrichtung für ein Fahrzeug mit mehreren Verbindern vorgesehen ist.
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Eine Möglichkeit der gesicherten Koordination ergibt sich mit dem Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 1. Weitere Eigenschaften, Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen ergeben sich mit den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Es wird ein Fahrzeugbordnetz vorgeschlagen, das einen Traktionsakkumulator und mehrere Ladeanschlüsse hat. Über einen Ladepfad, der unterschiedlich konfiguriert sein kann, sind die mehreren Ladeanschlüsse mit dem Traktionsakkumulator verbunden. Die Ladeanschlüsse sind mit Steuerkomponenten verbunden. Diese sind zur Ladesteuerung der Ladeanschlüsse eingerichtet. Insbesondere sind die Steuerkomponenten ausgestaltet, einen Ladeanschluss zu blockieren (entweder elektrisch oder mechanisch oder durch Abgabe eines entsprechenden Blockadesignals) oder freizugeben (entweder elektrisch, mechanisch oder mittels eines Freigabesignals).
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Um die Koordination vorzusehen, weisen die Steuerkomponenten mindestens einen Master und/oder mindestens einen Slave auf. Von den Steuerkomponenten ist somit mindestens eine als Master ausgestaltet und/oder mindestens eine der Steuerkomponenten ist als Slave ausgestaltet.
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Dadurch lässt sich eine Hierarchie bei der Steuerung realisieren, die eine sichere Ladung ermöglicht. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass die Freigaben bzw. Blockierungen miteinander koordiniert sind, wobei die Koordination durch die Hierarchie als Slave und/oder als Master ermöglicht wird.
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Es kann für jeden Ladeanschluss eine Steuerkomponente vorgesehen sein, die diesen Ladeanschluss gesteuert freigibt oder blockiert. Es ist vorzugsweise eine Mastersteuerung vorgesehen, die ansteuernd mit mehreren Steuerkomponenten verbunden ist. Diese mehreren Steuerkomponenten sind als Slave ausgebildet. Dadurch steuert die Mastersteuerung die als Slave ausgebildeten Steuerkomponenten an, wobei die Steuerungskomponenten wiederum die betreffenden Ladeanschlüsse blockieren oder freigeben.
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Vorzugsweise umfasst das Fahrzeugbordnetz ein fahrzeuginternes Kommunikationsnetz. Dieses ist mit der Mastersteuerung datenübertragend verbunden. Insbesondere ist das Kommunikationsnetz nicht mit den als Slave ausgebildeten Steuerkomponenten verbunden bzw. von diesen im Hinblick auf die Datenübertragung getrennt. Dadurch kann die Mastersteuerung mit einem Sicherheitsprotokoll ausgestattet werden, wodurch durch die mangelnde Verbindung der Slaves mit dem Kommunikationsnetz auch die als Slave ausgebildeten Steuerkomponenten geschützt werden. Somit ist der Master zwischen dem Kommunikationsnetz und den Slaves geschaltet. Es gibt vorzugsweise keine Verbindung zwischen den als Slave ausgebildeten Steuerkomponenten und dem Kommunikationsnetz.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Mastersteuerung (kurz: der Master) als eine Steuerkomponente ausgebildet ist, welche einen (oder mehrere) Ladeanschlüsse direkt ansteuert. Ferner kann die Mastersteuerung als eine Steuerkomponente ausgebildet sein, die ansteuernd mit einer als Slave ausgebildeten Steuerkomponente ansteuernd verbunden ist. Im letztgenannten Fall ist die Mastersteuerung als eine Komponente ausgebildet, die nicht direkt mit einem Ladeanschluss ansteuernd verbunden ist, sondern die über eine Steuerkomponente, die als Slave ausgebildet ist, mit dem Ladeanschluss (und somit indirekt) verbunden ist.
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Die Mastersteuerung oder eine andere Kommunikationseinheit des Fahrzeugbordnetzes, die die Steuerkomponenten verbindet, kann eingerichtet sein, ein erstes Datenübertragungsprotokoll in ein zweites Datenübertragungsprotokoll zu übertragen. Die Datenübertragungsprotokolle sind verschieden. Eines der beiden Datenübertragungsprotokolle kann Powerline sein, während beispielsweise ein weiteres Datenübertragungsprotokoll ein beliebiges anderes Datenübertragungsprotokoll ist, beispielsweise LAN (etwa automotive Ethernet), CAN oder ähnliches, insbesondere CAN_XL, FlexRay oder beispielsweise Automotive Ethernet.
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Die Mastersteuerung kann ansteuernd mit mehreren Anschlüssen verbunden sein. Dadurch wird die Mastersteuerung zur Ansteuerung für mehrere Anschlüsse verwendet.
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Das Fahrzeugbordnetz kann mehrere Mastersteuerungen aufweisen. Diese können als Steuerkomponenten zur Ladesteuerung der Ladeanschlüsse ausgebildet sein.
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Es kann ein Steuergerät vorgesehen sein, wobei mindestens eine der Mastersteuerungen einen Teil des Steuergeräts ausbildet. Das Steuergerät ist hierbei vorzugsweise zur Ansteuerung der Mastersteuerung ausgebildet, die Teil des Steuergeräts ist.
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Das Fahrzeugbordnetz kann ein fahrzeuginternes Kommunikationsnetz aufweisen. Dieses Kommunikationsnetz verbindet vorzugsweise die Mastersteuerungen miteinander.
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Das Fahrzeugbordnetz kann ein fahrzeuginternes Kommunikationsnetz aufweisen, das eine der Mastersteuerungen die nicht Teil des Steuergeräts ist, mit einer Mastersteuerung datenübertragend verbindet, die Teil des Steuergeräts ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass alle Steuerkomponenten, die einen Ladeanschluss steuernd zugeordnet sind, als Master ausgebildet sind. Jeder Ladeanschluss kann von einer Steuerkomponente angesteuert werden, die als Master ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die als Master ausgebildeten Steuerkomponenten über ein fahrzeuginternes Kommunikationsnetz miteinander verbunden sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die als Master ausgebildeten Steuerkomponenten gemäß einem Powerline-Kommunikationsprotokoll ausgebildet sind.
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Eine weitere Möglichkeit ist es, ein Fahrzeugbordnetz mit einem Steuergerät auszugestalten, das eine als Master ausgebildete Einheit aufweist, welche ansteuernd mit wenigstens einer Steuerkomponente verbunden ist, die als Slave ausgebildet ist.
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Das Fahrzeugbordnetz kann derart ausgestaltet sein, dass ein fahrzeuginternes Kommunikationsnetz mit der als Master ausgebildeten Einheit des Steuergeräts verbunden ist.
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Eine Variante ist es, dass das Fahrzeugbordnetz ein Steuergerät aufweist, das über eine als Master ausgebildete Einheit verfügt. Insbesondere kann das Steuergerät ferner eine Steuerkomponente aufweisen, die als Slave ausgebildet ist. Das Steuergerät umfasst somit eine als Master ausgebildete Einheit (die insbesondere keine Steuerkomponente ist) und eine als Slave ausgebildete Steuerkomponente. Die als Master ausgebildete Einheit kann ansteuernd mit einer als Slave ausgebildeten Steuerkomponente verbunden sein.
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Als Steuerkomponente werden insbesondere Komponenten bezeichnet, die ansteuernd mit einem Ladeanschluss verbunden sind und somit eingerichtet sind, den Ladeanschluss zu blockieren oder freizugeben.
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Die Steuerkomponenten sind über ein Kommunikationsnetz verbunden, das zumindest abschnittsweise gemäß einem Powerline-Protokoll ausgebildet ist.
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Zumindest eine der Steuerkomponenten kann zur Kommunikation gemäß einem Kommunikationsprotokoll zur Ladung eines elektrischen Fahrzeugs ausgestaltet sein. Dieses Kommunikationsprotokoll kann beispielsweise die ISO 15118 sein. Der Ladepfad kann einen Gleichrichter, einen Gleichspannungswandler, einen Trennschalter, eine Sicherung und/oder einen Filter aufweisen. Der Ladepfad kann einen Gleichrichter aufweisen und/oder einen Gleichspannungswandler. Insbesondere kann der Ladepfad jedoch auch ohne Wandler und ohne Gleichrichter ausgebildet sein. Der Ladepfad kann somit lediglich einen Trennschalter, eine Sicherung und/oder einen Filter aufweisen. In einem spezifischen Anwendungsfall ist der Ladepfad durch eine Leitung realisiert, die somit keine der genannten Komponenten aufweist.
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Die Ladeanschlüsse können zum induktiven Laden oder zum leitungsgebundenen Laden ausgebildet sein. Zum induktiven Laden ausgebildete Ladeanschlüsse weisen insbesondere eine Spule auf, die von außen induktiv erregt werden kann. Ladeanschlüsse, die zum leitungsgebundenen Laden ausgebildet sind, umfassen vorzugsweise Steckkontakte. Die Ladeanschlüsse können gemäß einer Norm zum Laden von Fahrzeugen ausgebildet sein, etwa gemäß einem Standard, der die Ausbildung von Steckverbindungen definiert.
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Zudem kann vorgesehen sein, dass die Steuerkomponenten zum Empfang und zur Weitergabe von Kommunikationssignalen ausgebildet sind. Insbesondere sind die Steuerkomponenten ausgebildet, Kommunikationssignale abzugeben. Vorzugsweise sind die Steuerkomponenten zur Übertragung von Daten gemäß einem Powerline-Kommunikationsprotokoll ausgebildet.
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Die 1 bis 5 dienen zur Erläuterung von Ausprägungen des hier beschrieben Fahrzeugbordnetzes.
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Die gestrichelt umrandeten Komponenten in den Figuren werden als Komponenten angesehen, die den dargestellten Ausführungsformen optional sind. Verbindungen, die nicht näher bezeichnet sind, sind Datenleitungen. Bei einfachen Strichen handelt es sich vorzugsweise um Ladekommunikationssignale, die über die betreffende Leitung übertragen werden. Die Verbindung ist somit eingerichtet zur Übertragung von Ladekommunikationssignalen, insbesondere gemäß einem Standard zur Ladekommunikation. Die Verbindungen, die mit einer parallelgeführten gestrichelten Linie gekennzeichnet sind, sind vorzugsweise Netzwerkverbindungen, insbesondere Verbindungen ausgestaltet gemäß einem Powerline-Kommunikationsprotokoll. Eine Powerline-Kommunikation ist eine Übertragung von mindestens zwei Versorgungspotentialen, auf denen (oder nur auf einem der Potentiale) ein Datensignal aufmoduliert ist. Der im weiteren dargestellte Ladepfad ist ein Leistungspfad und keine Netzwerkverbindung.
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In der 1 ist eine Batterie BAT und ein konfigurierbar Ladepfad LF dargestellt, der von den Ladebuchsen Y und 2 über ein Stellglied S zur Batterie BAT führt. Dies trifft auch für die Ausgestaltungen der 2 bis 5 zu, wobei dort der Leistungsfluss von den Ladeanschlüssen („Ladebuchse..“) zur Batterie nicht dargestellt ist, um so deutlicher die Steuerkomponenten und deren Kommunikationsverbindungen zu betrachten.
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Hierin werden Steuerkomponenten, die als Master ausgebildet sind oder einen Master aufweisen, als Master bezeichnet. Steuerkomponenten, die einen Slave aufweisen oder als Slave ausgebildet sind, werden verkürzt als Slave bezeichnet. Ist ein Slave mit einem Master verbunden, so steuert der Master den Slave an, nicht umgekehrt.
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In der 1 ist eine Master-Slave-Architektur dargestellt mit einem Master, denen zwei Slaves nachgeschaltet sind. Die Slaves sind unterschiedlichen Ladebuchsen (1 und 2) zugeordnet und steuern diese an. Ein Fahrzeugnetzwerk (das allgemein einem fahrzeuginternen Kommunikationsnetz entspricht) ist mit dem Master verbunden. Die genannten Verbindungen sind Powerline-Verbindungen. Der Master kann als Steuergerät ausgebildet sein, das als Master agiert, wobei dieser das Lademanagement (Ladefreigabe aus Steuerung der Slave-Steuergeräte) beinhaltet. Ferner dient der Master zum fahrzeuginternen Kommunikationsnetz („Fahrzeugnetzwerk“). Die restlichen, als Slave konfigurierten Steuergeräte sind über eine Kommunikationsschnittstelle, die gemäß einem Powerline-Protokoll ausgebildet ist, direkt an das Master-Steuergerät angebunden. Die Slaves haben keine weitere Verbindung zu dem fahrzeuginternen Kommunikationsnetz. Die Slaves werden von dem (einzigen) Master angesteuert. Die Slaves dienen lediglich zur elektrischen Ansteuerung der jeweiligen Ladebuchse (d.h. Freigabe oder Blockade) sowie zur Übersetzung der Ladekommunikationssignale, d.h. zum Empfang und zur Weitergabe der Ladekommunikationssignale an den Master.
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In der 2 ist eine Architektur dargestellt, die einen Datenprotokollkonverter aufweist. Dies kann einem Router oder Switch entsprechen. Der Konverter K ist gemäß einem Powerline-Kommunikationsprotokoll (kurz: PLC) mit dem Master verbunden. Ferner ist der Konverter K mit einer Ladebuchse verbunden über eine Verbindung, die zur Übertragung von Ladekommunikationssignalen eingerichtet ist. Hier besteht die Verbindung zwischen dem Konverter K und der Ladebuchse 2 („Ladebuchse_2“). Der Master ist über eine Ladekommunikationsverbindung (das heißt eine Verbindung von Ladekommunikationssignalen) mit dem Master verbunden.
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Der Konverter K ist insbesondere in der Lage, einer Powerline-Kommunikation in ein Protokoll wie CAN_XL, FlexRay, Automotive Ethernet oder ein anderes Automotive-Datenprotokoll zu übertragen. Der Master ist über eine Powerline-Verbindung mit dem fahrzeuginternen Kommunikationsnetz verbunden. In gleicher Weise ist der Konverter K mit dem Master über eine Powerline-Verbindung verbunden. Der Konverter K ist zwischen dem Master und der Ladebuchse 2 („Ladebuchse_2“) eingeschaltet und in der Lage, über ein Ladekommunikationssignal die Ladebuchse 2 anzusteuern. Es können noch weitere Konverter oder Ladebuchsen vorgesehen sein. In der in der 2 dargestellten Architektur existiert ein Master-Steuergerät, welches die Ansteuerung der indirekt zugewiesenen Ladebuchse übernimmt. Ferner übernimmt dieses Steuergerät die Übersetzung der Ladekommunikationssignale der Ladebuchse. Der Master ist ferner zum Lademanagement ausgestaltet.
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Der Master dient zudem als Schnittstelle zum fahrzeuginternen Kommunikationsnetz. Von dem Master werden auch weitere Ladeanschlüsse des Fahrzeugbordnetzes angesteuert. Vom Master werden zudem deren Ladekommunikationssignale aufbereitet und ausgewertet. Hiervon ausgenommen ist insbesondere die Powerline-Kommunikation. Um Powerline-Inhalte der anderen Ladebuchsen an den Master zu übertragen bzw. zu routen, wird der Konverter K dazwischengeschaltet. Hierbei wird ferner die Signalintegrität gewährleistet (von dem Konverter) und es werden auch die Anforderungen des Powerline-Kommunikationsprotokolls von dem Konverter erfüllt.
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Die 3 zeigt eine Master-Master-Architektur mit mehreren Mastern 1, 2. In dieser Architektur wird jeder Ladeanschluss von einem separaten Steuergerät bedient. Diese Steuergeräte sind jeweils Master. Hierbei ist mindestens einer der Master in ein bereits vorhandenes Steuergerät integriert. Jeder Master für sich kann ein Ladeanschluss ansteuern und insbesondere Powerline-Kommunikation mit dem Ladeanschluss und anderen daran angeschlossenen Komponenten betreiben. Jeder Master (Master 1, Master 2) ist direkt mit dem fahrzeuginternen Kommunikationsnetz verbunden über Powerline-Verbindungen. An dem Fahrzeugbordnetz sind keine Slaves angeschlossen.
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In der 4 ist eine Möglichkeit dargestellt, bei der ein Master Teil eines Steuergeräts ist. An den Master angeschlossen ist ein Slave, der die Ladebuchse 1 („Ladebuchse_1‟) ansteuert. An diesen Master ist ferner das fahrzeuginterne Kommunikationsnetz („Fahrzeugnetzwerk“) angeschlossen. An den Master ist ferner ein weiterer Slave angeschlossen, der mit der Ladebuchse 2 verbunden ist. An den Master sind somit mehrere Slaves angeschlossen sowie das fahrzeuginterne Kommunikationsnetz, wobei der Master selbst Teil eines Steuergeräts ist. Das Steuergerät hat neben der Darstellung des Masters noch weitere Funktionen. In der 4 ist der mit der Ladebuchse 1 verbundene Slave nicht Teil des Masters, sondern zwischen dem Master, der Teil des Steuergeräts ist, und der Ladebuchse 1 angeschlossen.
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In der 5 ist eine Einheit dargestellt, die einen Master aufweist, sowie einen Slave (der mit dem Master ansteuernd verbunden ist). An den Slave ist die Ladebuchse 1 angeschlossen um von dem Slave gesteuert zu werden. Über eine Powerline-Verbindung ist der Master mit einem weiteren Slave verbunden, dem die Ladebuchse 2 nachgeschaltet ist. An die Einheit, die den Master ausbildet, ist ein Fahrzeugnetzwerk angeschlossen, insbesondere über eine Powerline-Kommunikationsleitung. Im Unterschied zur 4 ist somit der mit der Ladebuchse 1 verbundene Slave Teil der Einheit, die auch den Master ausbildet. Insbesondere ist im Vergleich zur 4 in der 5 kein Steuergerät vorgesehen, das weitere Funktionen aufweist, und das zudem den Master ausbildet. Vielmehr besteht die in 5 dargestellte Einheit E aus dem Master und dem Slave, der der Ladebuchse 1 vorgeschaltet ist. Im Unterschied zu dem Slave, der mit der Ladebuchse 2 verbunden ist, ist der mit Ladebuchse 1 verbundene Slave Teil der gleichen Einheit, die auch den Master ausbildet. Es besteht somit keine Powerline-Verbindung zwischen dem Master und dem mit Ladebuchse 1 verbundenen Slave sondern eine interne Kommunikationsleitung innerhalb der Einheit E.
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Die Begriffe „Ladebuchse“ und „Ladedose“ und „Ladeanschluss“ können in Hinblick auf deren Verschaltung synonym verwendet werden. Die Ausgestaltung eines Ladeanschlusses als Ladebuchse oder Ladedose stellt in Hinblick auf die körperliche Umsetzung eine Ausführungsform dar. Anstatt eines kabelgebundenen Ladeanschlusses ist auch ein induktiver Ladeanschluss möglich; der Begriff „Ladeanschluss“ umfasst beide Möglichkeiten.
