DE102020120383A1

DE102020120383A1 - Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102020120383A1
Application number: DE102020120383.7A
Authority: DE
Inventors: Raoul Heyne; Timo Kaul
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2022-02-03
Also published as: KR102594537B1; US20220032816A1; US11529888B2; CN114056159A; CN114056159B; KR20220016787A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Traktionsmotor durch eine stationäre Ladesäule,mit den Verfahrensschritten bei konnektierten Ladesteckern: Anmelden eines Ladeprozesses durch die Fahrzeug-Ladesteuerung an die Ladesäulen-Ladesteuerung mit dem hohen Spannungswert der Traktionsbatterie als angeforderte maximale Ladespannung,bei geöffnetem Kraftfahrzeug-Schutzrelais: Steuerung einer durch den ladesäulenseitigen Isolationsprüfer ausgeführten Isolationsprüfung durch die Ladesäulen-Ladesteuerung für eine Isolationsprüfungs-Spannung, die der angeforderten maximalen Ladespannung oder der maximalen Ladesäulenspannung entspricht, wenn letztere niedriger ist als die angeforderte maximale Ladespannung,Messung der Isolationsprüfungsspannung durch den Kraftfahrzeug-Spannungsmesser, der zwischen dem Fahrzeug-Schutzrelais und dem fahrzeugseitigen Ladestecker angeordnet ist,falls die gemessene Isolationsprüfungsspannung dem niedrigeren Spannungswert entspricht: Anmelden eines Ladeprozesses durch die Fahrzeug-Ladesteuerung an die Ladesäulen-Ladesteuerung mit dem niedrigen Spannungswert als neue angeforderte Ladespannung und Einstellen des Ladespannungsanpassers an eine dem niedrigen Spannungswert entsprechende Ladesäulenspannung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Traktionsmotor durch eine stationäre Ladesäule.
Die Hochvolt-Traktionsbatterien von ergänzend oder ausschließlich elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen haben herstellerabhängig und modellabhängig verschiedene technische Gleichspannungs-Ladespannungsebenen von beispielsweise 400 V oder 800 V. In Fahrzeugen, in denen eine hohe Antriebsleistung und eine möglichst kurze Ladezeit zum Aufladen der Traktionsbatterie angestrebt wird, werden Traktionsbatterien mit einer technischen Ladespannungsebene mit einem hohen Spannungswert von beispielsweise 800 V eingesetzt.
Viele Hochvolt-Ladesäulen dagegen bieten als maximale Ladesäulenspannung einen niedrigeren Spannungswert von beispielsweise nominal 400 V an, unter anderem die meisten Ladesäulen in China. Durch die bestehenden Kommunikationsprotokolle, die die Kommunikation der Ladesäulen-Ladesteuerung und der Fahrzeug-Ladesteuerung definieren, ist die Einleitung eines Aufladevorgangs eines Kraftfahrzeugs mit einer hohen technischen Traktionsbatterie-Ladespannungsebene von beispielsweise 800 V erschwert oder unmöglich an einer Ladesäule mit einer niedrigeren maximalen Ladesäulenspannung von beispielsweise 400 V.
Nach der elektrischen Konnektierung des fahrzeugseitigen Ladesteckers, welcher folgend auch immer eine Ladebuchse sein kann, mit dem ladesäulenseitigen Ladestecker meldet sich das Kraftfahrzeug über seine Ladesteuerung an der Ladesteuerung der Ladesäule mit dem nominalen Spannungswert der Traktionsbatterie-Ladungsspannungsebene an, im vorliegenden Beispiel also mit einem hohen Spannungswert von beispielsweise 800 V. Wenn die Traktionsbatterie-Ladespannungsebene über der nominalen maximalen Ladesäulenspannung von beispielsweise 400 V liegt, wird bei geöffnetem fahrzeugseitigen Schutzrelais durch einen Ladesäulen-Isolationsprüfer zunächst die elektrische Isolation der Ladeleitungen gegen das Erde-Potenzial geprüft, und zwar bei der niedrigeren der beiden Spannungswerte der Traktionsbatterie einerseits und der maximalen Ladesäulenspannung andererseits. Nach der ladesäulenseitigen Isolationsprüfung lehnt die Ladesäulen-Ladesteuerung gemäß den bestehenden Kommunikationsprotokollen einen Ladeprozess schließlich ab, da die fahrzeugseitige Ladesteuerung unverändert eine hohe Ladespannung von beispielsweise 800 V anfordert. Der Grund hierfür ist, dass die Fahrzeug-Ladesteuerung gemäß den bestehenden Kommunikationsprotokollen zu diesem Zeitpunkt keine Information darüber hat, wie hoch die maximale Ladesäulenspannung der konnektieren Ladesäule überhaupt ist.
Im Ergebnis kann bei entsprechend restriktiven Kommunikationsprotokollen die 800V-Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs nur an Ladesäulen mit einer maximalen Ladesäulenspannung mit einem gleich hohen Spannungswert aufgeladen werden. Hierdurch ist das Netz an Ladesäulen für die Aufladung einer Traktionsbatterie mit einer hohen Ladespannungsebene von beispielsweise 800 V ggf. sehr weitmaschig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Aufladen einer Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie mit einer (höheren) technischen Ladespannungsebene zu schaffen, das auch eine Aufladung an seiner technisch einstellbaren niedrigeren Ladespannung an Ladesäulen mit einer niedrigeren maximalen Ladesäulenspannung erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Im Folgenden wird die Erfindung am Beispiel eines Kraftfahrzeugs mit einer technischen Ladespannungsebene der Traktionsbatterie von 800 V als hoher Spannungswert und einer Ladesäule mit einer maximalen Ladesäulenspannung von entweder 400 V als niedriger Spannungswert oder von 800 V beschrieben. Selbstverständlich sind diese Spannungswerte nur beispielhaft zu verstehen. In jedem Fall handelt es sich jedoch bei der Traktionsbatterie um eine sogenannte Hochvolt-Traktionsbatterie mit einer technischen Ladespannungsebene von weit mehr als 60 V. Unter der technischen Ladespannungsebene der Traktionsbatterie wird vorliegend stets ein maximaler nominaler Spannungswert verstanden, mit dem und auf den die Traktionsbatterie durch eine Ladesäule aufgeladen werden kann, um auf diese Weise die Ladezeit möglichst kurz zu halten. Die technische Ladespannungsebene kann also auch die Spannungsebene sein, mit der der elektrische Traktionsmotor des Kraftfahrzeugs durch die Traktionsbatterie im Fahrbetrieb bevorzugt gespeist wird. Unter einer Ladesäule ist vorliegend keine Säule im räumlichen Sinne zu verstehen, sondern ist ein stationäres Ladeendgerät zur Aufladung der Kraftfahrzeugstraktionsbatterie zu verstehen, dass die Ladeschnittstelle zu dem Kraftfahrzeug bildet.
Die Ladesäule weist eine Ladesäulen-Ladesteuerung zum Kontrollieren und Steuern des Ladeprozesses auf. Die Ladesäule weist zur Generierung einer Hochvolt-Gleichstrom-Ladespannung einen Ladespannungsumformer auf, der aus der zugeführten Wechselspannung eines Versorgungsnetzes die Ladesäulenspannung generiert, mit der die Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs aufgeladen wird. Zunächst wird nur die Konstellation betrachtet, bei der der Ladespannungsumformer nicht den Spannungswert der technischen Traktionsbatterie-Ladespannungsebene als maximale Ladesäulenspannung zur Verfügung stellen kann, sondern einen niedrigeren Spannungswert von beispielsweise 400 V Gleichspannung.
Die Ladesäule weist einen Isolationsprüfer zum Prüfen der elektrischen Isolation der Ladeleitungen gegen das elektrische Erdepotenzial auf. Der Isolationsprüfer der Ladesäule prüft vor der Einleitung eines Ladeprozesses die elektrische Isolation bzw. den elektrischen Widerstand der beiden Gleichspannungs-Ladeleitungen, über die die elektrische Ladeenergie von der Ladesäule zu der Kraftfahrzeugstraktionsbatterie fließt, gegenüber dem elektrischen Erdepotenzial. Ferner weist die Ladesäule einen Ladestecker auf, der mit einem korrespondierenden Ladestecker des Fahrzeugs mechanisch und elektrisch konnektiert werden kann, um die jeweiligen Ladeleitungen elektrisch miteinander zu verbinden. Unter einem Ladestecker ist vorliegend keine bestimmte Form zu verstehen, sondern eine Anordnung zu verstehen, die mit einem anderen Stecker mechanisch und elektrisch zusammensteckbar ausgebildet ist.
Das Kraftfahrzeug weist eine eigene Kraftfahrzeug-Ladesteuerung zum Kontrollieren und Steuern des Ladeprozesses auf. Das Kraftfahrzeug weist die elektrische Traktionsbatterie mit einer technischen Ladespannungsebene mit einem relativ hohen Spannungswert von beispielsweise 800 V auf. Hierdurch ist an Ladesäulen mit einer maximalen Ladesäulenspannung mit einem Spannungswert von beispielsweise nominal 800 V eine sehr schnelle Aufladung der Traktionsbatterie möglich. Auch der Traktionsmotor kann mit dem hohen Spannungswert der technischen Ladespannungsebene effektiv mit elektrischer Energie versorgt werden. Durch eine hohe technische Ladespannungsebene der Kraftfahrzeugstraktionsbatterie können auch die Wärmeverluste relativ klein gehalten werden.
Das Kraftfahrzeug weist einen fahrzeugseitigen Ladestecker auf, der mit dem korrespondierenden Ladesäulen-Ladestecker konnektierbar ist. Hierbei werden zwei Ladeleitungen, eine Erdpotenzial-Leitung und in der Regel auch mindestens eine Datenleitung miteinander elektrisch konnektiert. Grundsätzlich kann die Datenübertragung zwischen der Ladesäulen-Ladesteuerung und der fahrzeugseitigen Ladesteuerung alternativ oder ergänzend jedoch auch drahtlos erfolgen.
Das Kraftfahrzeug weist einen Ladespannungsanpasser auf, durch den bei Bedarf eine niedrige Ladesäulenspannung von beispielsweise 400 V an die technische Traktionsbatterie-Ladespannungsebene von beispielsweise 800 V durch sogenanntes Hochsetzen angepasst werden kann. Alternativ können beispielsweise durch den Ladespannungsanpasser zwei 400 V-Module der Traktionsbatterie während des Aufladens bedarfsweise elektrisch parallel geschaltet sein, wohingegen sie im Fahrbetrieb elektrisch in Serie geschaltet sind. Auf diese Weise kann die Traktionsbatterie wahlweise mit einer Ladesäulenspannung von 400 V als auch von 800 V aufgeladen werden. Der Ladespannungsanpasser wird durch die Fahrzeug-Ladesteuerung gesteuert.
Das Kraftfahrzeug weist ein Schutzrelais zwischen der Traktionsbatterie und dem kraftfahrzeugseitigen Ladestecker auf. Das Schutzrelais trennt die Ladeleitungen elektrisch von der Traktionsbatterie, solange der eigentliche Ladevorgang physisch (noch) nicht stattfindet, und trennt die Ladeleitungen insbesondere während der Ladevorbereitung. Das Schutzrelais wird durch die Ladesteuerung des Kraftfahrzeugs gesteuert. Unter einem Schutzrelais ist vorliegend jede technische Ausführungsform eines Schützes zu verstehen, nicht notwendigerweise ein technisches Relais.
Das Kraftfahrzeug weist ferner einen den Ladeleitungen des Kraftfahrzeugs zugeordneten elektrischen Spannungsmesser zwischen dem Schutzrelais und dem Ladestecker auf. Der Spannungsmesser kann also stets die elektrische Spannung in dem Teil der Ladeleitungen bestimmen, der zwischen dem Schutzrelais und dem fahrzeugseitigen Ladestecker besteht. Der Spannungsmesser misst die elektrische Gleichspannung zwischen den beiden Ladeleitungen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind bei miteinander konnektierten Ladesteckern folgende Verfahrensschritte vorgesehen:

Zunächst wird durch die Fahrzeug-Ladesteuerung an die Ladesäulen-Ladesteuerung ein Ladeprozess bzw. ein Ladeprozess-Wunsch mit dem hohen Wunsch-Ladespannungswert von beispielsweise 800 V angefordert bzw. angemeldet. Die Erstanmeldung an einer Ladesäule erfolgt also immer mit dem hohen Wunsch-Ladespannungswert von beispielsweise 800 V, um sicherzustellen, dass der Ladewunsch von einer Ladesäule mit einer hohen maximalen Ladesäulenspannung von beispielsweise 800 V auch als Ladewunsch mit einem Wunsch-Ladespannungswert von 800 V erkannt, akzeptiert und schließlich ausgeführt wird. Gegebenenfalls wird in diesem Fall der Ladespannungsanpasser des Fahrzeugs an die hohe maximale Ladesäulenspannung von 800 V angepasst bzw. entsprechend umgeschaltet.

Auf diese Weise kann das Leistungspotenzial einer Ladesäule mit einer hohen maximalen Ladesäulenspannung problemlos voll ausgeschöpft werden.
Eine Ladesäule mit einer niedrigen maximalen Ladesäulenspannung von beispielsweise 400 V weist gemäß den geltenden Kommunikationsprotokollen angemeldeten Ladewunsch nicht sofort ab, sondern akzeptiert ihn vorläufig für die maximale Ladesäulenspannung von 400 V. Das Kraftfahrzeug-Schutzrelais ist in dieser Phase geöffnet, sodass die Traktionsbatterie mit der Ladesäule über die Ladeleitungen elektrisch nicht verbunden ist.
Anschließend führt die Ladesäulen-Ladesteuerung über den ladesäulenseitigen Isolationsprüfer eine Isolationsprüfung bei einer Isolationsprüfungsspannung aus, die der angeforderten Ladespannung oder der maximalen Ladesäulenspannung entspricht, wenn letztere niedriger ist als die angeforderte Ladespannung. Im vorliegenden betrachteten Fall wird als Isolationsprüfungsspannung also der niedrigere Spannungswert gewählt, der der maximalen Ladesäulenspannung entspricht, sodass die Isolationsprüfungsspannung ca. 400 V beträgt. Für die Isolationsprüfung wird auch ein ladensäulenseitiges Schutzrelais, soweit dies vorhanden ist, geschlossen, sodass die Isolationsprüfungsspannung auf der gesamten Länge der Ladeleitungen zwischen dem fahrzeugseitigen Schutzrelais und dem Ladespannungsumformer der Ladesäule anliegt. Dies ist jedoch nur erforderlich, soweit der Isolationsprüfer nicht zwischen dem Ladesäulen-Schutzrelais und dem Ladestecker angeordnet ist. Nun wird durch den fahrzeugseitigen Spannungsmesser, der in dem in diesem Moment spannungsführenden Teil der fahrzeugseitigen Ladeleitungen angeordnet ist, die anliegende Isolationsprüfungsspannung gemessen und an die fahrzeugseitige Ladesteuerung übermittelt. Da die anliegende Isolationsprüfungsspannung der maximalen Ladesäulenspannung entspricht, verfügt die fahrzeugseitige Ladesteuerung zu diesem frühen Zeitpunkt bereits über den Spannungswert der maximalen Ladesäulenspannung.
Falls also die gemessene Isolationsprüfungsspannung kleiner als die zunächst angemeldete bzw. angeforderte gewünschte Ladespannung ist, meldet die Fahrzeug-Ladesteuerung nunmehr den niedrigen gemessenen Spannungswert aus der Isolationsprüfung bzw. einen entsprechend niedrigen geeigneten Spannungswert als neue angeforderte Ladespannung bei der Ladesäulen-Ladesteuerung an, und veranlasst den Ladespannungsanpasser, sich auf eine dem niedrigen Spannungswert aus der Spannungsmessung bzw. dem geeigneten niedrigen Spannungswert entsprechenden Spannungswert zum Aufladen der Traktionsbatterie einzustellen.
Da die Ladesäulen-Ladesteuerung bereits zu diesem frühen Zeitpunkt einen zulässigen und technisch möglichen Spannungswert für die angeforderte Ladespannung empfängt, wird der Vorbereitungsprozess an dieser Stelle nicht abgebrochen, sondern fortgesetzt. Auf diese Weise ist ferner sichergestellt, dass die ladesäulenseitige Isolationsprüfung auf dem Spannungsniveau durchgeführt wurde, auf dem auch der anschließende Ladeprozess erfolgt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass eine Hochvolt-Traktionsbatterie mit einer nominal höheren technischen Ladespannungsebene auch von einer Ladesäule mit einer niedrigeren maximalen Ladesäulenspannung akzeptiert und aufgeladen werden kann.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch eine Kraftfahrzeug-Ladeanordnung mit einem Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Traktionsbatterie, die von einer Ladesäule aufgeladen wird.
Die Figur zeigt eine Kraftfahrzeug-Ladeanordnung 10, die im Wesentlichen von einer stationären Ladesäule 20 und einem Kraftfahrzeug 40 gebildet ist, das einen elektrischen Traktionsmotor 41 und eine elektrische Traktionsbatterie 42 aufweist, die den elektrischen Traktionsmotor 41 mit elektrischer Antriebsenergie speist.
Die Traktionsbatterie 42 ist eine Hochvolt-Traktionsbatterie mit einer technischen Ladespannungsebene UM von 800 V, und besteht beispielsweise aus einem Paar von zwei identischen Traktionsbatterie-Modulen 42', 42" von je 400 V. Der Traktionsbatterie 42 ist ein Ladespannungsanpasser 44 zugeordnet, welcher die Ladespannung von z. B. 400 V auf 800 V hochsetzt oder der die Traktionsbatterie-Module 42', 42" elektrisch parallel oder in Serie miteinander verschalten kann, sodass die Traktionsbatterie 42 alternativ sowohl mit einer Ladespannung von 400 V aufgeladen werden kann, wenn der Spannungsanpasser 44 die beiden Module 42',42" elektrisch parallel schaltet, oder mit 800 V Ladespannung geladen werden kann, wenn der Ladespannungsanpasser 44 die beiden Traktionsbatterie-Module 42',42" elektrisch in Serie schaltet.
Das Kraftfahrzeug 40 weist eine Fahrzeug-Ladesteuerung 50 auf, die den gesamten Ladevorgang fahrzeugseitig steuert und hierzu mit einer korrespondierenden ladesäulenseitigen Ladesteuerung 22 kommuniziert. Das Kraftfahrzeug 40 weist einen Isolationsprüfer 46 auf, der die beiden Ladeleitungen L1, L2, die von einem fahrzeugseitigen Ladestecker 32 zu dem Ladespannungsanpasser 44 führen, jeweils auf ausreichende elektrische Isolation gegenüber dem elektrischen Erdepotenzial G bei einer Prüfspannung überprüfen kann.
Das Kraftfahrzeug 40 weist ein den beiden Ladeleitungen L1, L2 elektrisch zugeordnetes Schutzrelais 60 zwischen der Traktionsbatterie 42 bzw. dem Ladespannungsanpasser 44 einerseits und dem fahrzeugseitigen Ladestecker 32 andererseits auf. Durch das Schutzrelais 60 können an dieser Stelle die beiden Ladeleitungen L1, L2 zwischen der Ladesäule 20 und der Traktionsbatterie 42 bedarfsweise elektrisch unterbrochen werden. Das Schutzrelais 60 wird durch die fahrzeugseitige Ladesteuerung 50 gesteuert.
Ferner weist das Kraftfahrzeug 40 einen den Ladeleitungen L1, L2 zugeordneten elektrischen Spannungsmesser 62 zwischen dem Schutzrelais 60 und dem Ladestecker 32 auf. Durch den Spannungsmesser 62 kann die elektrische Spannung zwischen den beiden Ladeleitungen L1, L2 gemessen werden, beispielsweise während einer Ladesäulen-seitigen Isolationsprüfung.
Die Ladesäule 22 wird von einem Hochspannungs-Versorgungsnetz 12 mit elektrischer Energie versorgt, die in Form einer Hochspannungs-Wechselspannung in einen Ladespannungsumformer 24 der Ladesäule 20 eingespeist wird. Der Ladespannungsumformer 24 ist über eine entsprechende Erdungs-Leitung mit dem Erdpotenzial elektrisch verbunden, und wandelt vorliegend die eingespeiste Wechselspannung in eine maximale Ladesäulenspannung ULMAX mit einem niedrigen Spannungswert U1 von nominal 400 V Gleichstrom um. Es existieren jedoch auch Ladesäulen, die eine maximale Ladesäulenspannung mit einem hohen Spannungswert U2 von beispielsweise nominal 800 V zur Verfügung stellen. In der Fahrzeug-Ladesteuerung 50 ist ein Ladesteuerungs-Programm hinterlegt, das das Aufladen der Traktionsbatterie 42 sowohl durch eine Ladesäule mit einer maximalen Ladesäulenspannung mit einem hohen Spannungswert U2 von 800 V als auch mit einem niedrigen Spannungswert U1 von 400 V erlaubt. Da die Kommunikation und der Ladeprozess mit einer Ladesäule mit einer hohen maximalen Ladesäulenspannung von U2 gleich 800 V unproblematisch ist, wird in diesem Ausführungsbeispiel nur der Fall betrachtet, bei dem die maximale Ladesäulenspannung ULMAX einem niedrigeren Spannungswert U1 von beispielsweise 400 V entspricht, als der höhere Spannungswert U2 gleich800 V der technischen Ladespannungsebene der Traktionsbatterie 44 beträgt.
Die Ladesäule 20 weist einen eigenen separaten Isolationsprüfer 26 auf, der die elektrische Isolation bzw. den elektrischen Widerstand der beiden Ladeleitungen L1, L2 jeweils gegenüber dem Erdpotenzial G prüft, sobald dies von der Ladesäulen-Ladesteuerung 22 initiiert wird. Die Ladesäule 20 weist ein eigenes und den internen Ladeleitungen L1, L2 zugeordnetes Schutzrelais 64 auf, das durch die Ladesäulen-Ladesteuerung 22 gesteuert wird.
Der Ladesäule 20 ist ein Ladesäulen-Ladestecker 28 elektrisch zugeordnet, der mit dem Fahrzeug-Ladestecker 32 zu einer Ladestecker-Anordnung 30 elektrisch konnektiert werden kann. Hierdurch werden jeweils die beiden Ladeleitungen L1, L2, mindestens eine Datenleitung D und eine separate Erdungsleitung elektrisch konnektiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorliegend zunächst am Beispiel einer Ladesäule mit einer maximalen Ladesäulenspannung ULMAX mit einem niedrigen Spannungswert U1 von 400 V beschrieben, da bei dieser Konstellation die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens wirksam wird.
Nachdem die beiden Ladestecker 28,32 zusammengesteckt sind, meldet die Fahrzeug-Ladesteuerung 50 an die Ladesäulen-Ladesteuerung 22 einen Ladeprozess mit dem hohen, maximalen Spannungswert U2 von 800 V als angeforderte Ladespannung UR an, der der technischen Ladespannungsebene der Traktionsbatterie 42 im Maximum entspricht. Diese Anmeldung wird durch die Ladesäulen-Ladesteuerung 22 vorläufig akzeptiert, woraufhin diese den Ladesäulen-Isolationsprüfer 26 veranlasst, eine Isolationsprüfung für die maximale Ladesäulenspannung ULMAX von U1 gleich 400 V durchzuführen, da eine Isolationsprüfung bei dem hohen Spannungswert U2 von 800 V weder möglich noch technisch sinnvoll ist. Während der Isolationsprüfung werden die beiden von dem Ladespannungsumformer 24 kommenden Ladeleitungen L1, L2 bei geschlossenem Schutzrelais 64, falls der Isolationsprüfer auf der Ladesäulenseite vor dem Schutzrelais verbaut ist, gegenüber dem Erdpotenzial G bei einer Isolationsprüfungs-Spannung UI mit einem Spannungswert von U1 gleich 400 V jeweils auf ihren Isolationswiderstand hin überprüft. Während der Isolationsprüfung liegt also an den Ladeleitungen L1, L2 zwischen dem fahrzeugseitigen Schutzrelais 60 und dem Ladespannungsumformer 24 die maximale Ladesäulenspannung ULMAX in Höhe von ca. 400 V an.
Da der Spannungsmesser 62 im spannungsführenden Teil der Ladeleitungen L1, L2 angeordnet ist, kann dieser unter den gegebenen Umständen die maximale Ladesäulenspannung ULMAX bestimmen. Die fahrzeugseitige Ladesteuerung 50 erfährt also zu einem relativ frühen Zeitpunkt, dass die maximale Ladesäulenspannung ULMAX unter der technischen Ladespannungsebene der Traktionsbatterie liegt.
In diesem Fall meldet die Fahrzeug-Ladesteuerung 50 (erneut) einen Ladeprozess bzw. eine Ladespannung an die Ladesäulen-Ladesteuerung 22 mit dem Spannungswert der durch den Spannungsmesser 62 ermittelten Isolationsprüfungsspannung UI bzw. der identischen maximalen Ladesäulenspannung ULMAX in Höhe von vorliegend U1 gleich 400V oder einen geeigneten Spannungswert, der technisch sinnvoll und kleiner als ULMAX ist. Hierdurch wird verhindert, dass die Ladesäulen-Ladesteuerung 22 in einer späteren Phase der Ladevorbereitung den Ladeprozess wegen einer nicht ausreichenden maximalen Ladesäulenspannung abbricht.
Die gesamte Ladevorbereitung wird also fortgesetzt auf Grundlage der neuen angeforderten Ladespannung UR von z.B. 400 V, die nunmehr nicht mehr über der maximalen Ladesäulenspannung ULMAX von 400 V liegt. Wenn die Ladesäulen-Ladesteuerung 22 die nunmehr angeforderte Ladespannung UR des niedrigen Spannungswertes U1 von 400 V endgültig akzeptiert, instruiert die Fahrzeug-Ladesteuerung 50 den Spannungsanpasser 44, sich auf eine dem niedrigen Spannungswert U1 von 400 V entsprechende Ladespannung UL einzustellen bzw. auf diese umzuschalten. Der Spannungsanpasser 44 schaltet z.B. die beiden Traktionsbatterie-Zellen 42', 42" hierzu elektrisch parallel oder setzt die Spannung hoch. Gleichzeitig veranlasst die Fahrzeug-Ladesteuerung 50 den fahrzeugseitigen Isolationsprüfer 46, eine Isolationsprüfung mit dem niedrigen Spannungswert U1 von 400 V durchzuführen und während des gesamten folgenden Ladevorgangs kontinuierlich zu wiederholen.
Wenn sich die Fahrzeug-Ladesteuerung 50 an einer Ladesäule 20 mit einer maximalen Ladespannung ULMAX mit einem hohen Spannungswert U2 von 800 V anmeldet, wird spätestens kurz vor dem Start des eigentlichen Ladebetriebs der Ladespannungsanpasser 44 auf eine dem hohen Spannungswert U2 entsprechende Ladespannung UL eingestellt, beispielsweise indem die beiden Traktionsbatterie-Module 42' 42" elektrisch in Serie geschaltet werden oder sich dieser ganz wegschaltet.

Claims

Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie (42) eines Kraftfahrzeugs (40) mit einem elektrischen Traktionsmotor (41) durch eine stationäre Ladesäule (20), wobei die Ladesäule (20) aufweist: eine Ladesäulen-Ladesteuerung (22) zum Kontrollieren und Steuern des Ladeprozesses, einen Ladespannungsumformer (24) zur Bereitstellung einer in Ladeleitungen (L1, L2) eingespeisten Gleichstrom-Ladesäulenspannung (UL), einen Isolationsprüfer (26) zum Prüfen der elektrischen Isolation der Ladeleitungen (L1, L2) gegen das Erdpotenzial (G), und einen ladesäulenseitigen Ladestecker (28), wobei der Ladespannungsumformer (24) eine feststehende maximale Ladesäulenspannung (ULMAX) zum Aufladen der Traktionsbatterie (42) zur Verfügung stellt, die ein niedriger Spannungswert (U1) oder ein hoher Spannungswert (U2) sein kann, wobei das Kraftfahrzeug (40) aufweist: eine Ladesteuerung (50) zum Kontrollieren und Steuern des Ladeprozesses, einen fahrzeugseitigen Ladestecker (32), die Kraftfahrzeug-Traktionsbatterie (42), die eine technische Ladespannungsebene (UM) mit dem hohen Spannungswert (U2) aufweist, einen Ladespannungsanpasser (44), durch den die Ladesäulenspannung (UL) bedarfsweise an die technische Ladespannungsebene (UM) der Traktionsbatterie (42) angepasst wird, ein den Ladeleitungen (L1, L2) zugeordnetes Schutzrelais (60) zwischen der Traktionsbatterie (42) und dem Ladestecker (32), und ein den Ladeleitungen (L1, L2) zugeordneter elektrischer Spannungsmesser (62) zwischen dem Schutzrelais (60) und dem Ladestecker (32), mit den Verfahrensschritten bei konnektierten Ladesteckern (28,32): Anmelden eines Ladeprozesses durch die Fahrzeug-Ladesteuerung (50) an die Ladesäulen-Ladesteuerung (22) mit dem hohen Spannungswert (U2) als angeforderte maximale Ladespannung (UR), bei geöffnetem Kraftfahrzeug-Schutzrelais (60): Steuerung einer durch den ladesäulenseitigen Isolationsprüfer (26) ausgeführten Isolationsprüfung durch die Ladesäulen-Ladesteuerung (22) für eine Isolationsprüfungs-Spannung (UI), die der angeforderten maximalen Ladespannung (UR) oder der maximalen Ladesäulenspannung (ULMAX) entspricht, wenn letztere niedriger ist als die angeforderte maximale Ladespannung (UR), Messung der Isolationsprüfungs-Spannung (UI) durch den Spannungsmesser (62), falls die gemessene Isolationsprüfung-Spannung (UI) einem niedrigeren Spannungswert (U1) als dem der technischen Ladespannungsebene (UM) entspricht: Anmelden eines Ladeprozesses durch die Fahrzeug-Ladesteuerung (50) an die Ladesäulen-Ladesteuerung (22) mit dem niedrigen Spannungswert (U1) als neue angeforderte Ladespannung (UR) und Einstellen des Ladespannungsanpassers (44) an eine dem niedrigen Spannungswert (U1) entsprechende Ladesäulenspannung (UL).
Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie (42) eines Kraftfahrzeugs (40) nach Anspruch 1, mit dem Verfahrensschritt nach der Messung der Isolationsprüfungsspannung (Ul): falls die gemessene Isolationsprüfungsspannung (UI) dem hohen Spannungswert (U2) entspricht: Einstellen des Ladespannungsanpassers (44) an eine dem hohen Spannungswert (U2) entsprechende Ladesäulenspannung (UL).