DE102020125970A1

DE102020125970A1 - Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mittels einer Ladesäule und Ladesystem

Info

Publication number: DE102020125970A1
Application number: DE102020125970.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Metzger; Maximilian Lang; Matthias Neu
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-10-05
Filing date: 2020-10-05
Publication date: 2022-04-07
Also published as: US20220105823A1; RU2765756C1

Abstract

Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie (1) eines Elektrofahrzeugs mittels einer Ladesäule (2). Die Traktionsbatterie (1) ist mit wenigstens zwei unterschiedlichen Ladespannungslagen aufladbar. Nach einem Anschließen des Elektrofahrzeugs an die Ladesäule (2) erfolgt zwischen einem Batteriemanagementsystem (3) des Elektrofahrzeugs und der Ladesäule (2) ein Datenaustausch, um eine Ladespannung auszuhandeln. Dazu wird durch das Batteriemanagementsystem (3) mittels einer Handschlag-Botschaft (Battery Handshake Message, BHM) (4) der Ladestation (2) eine maximale zulässige Gesamtladespannung mitgeteilt. Die mitgeteilte maximale zulässige Gesamtladespannung ist um ein definiertes Maß geringer als eine höchste Ladespannungslage der Traktionsbatterie (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mittels einer Ladesäule. Dabei ist die Traktionsbatterie mit wenigstens zwei unterschiedlichen Ladespannungsebenen aufladbar.
Um Elektrofahrzeuge mit hohen Reichweiten und zugleich einem geringen Gewicht durch geringe Kabelquerschnitte zu ermöglichen, werden deren Traktionsbatterien vermehrt mit elektrischen Strömen mit einer Gleichspannungslage von 800 V betrieben. Für Ladestationen sind jedoch üblicherweise elektrische Ströme mit einer Gleichspannungslage von 400 V vorgesehen.
Im Stand der Technik sind daher Elektrofahrzeuge mit einer Leistungselektronik bekannt geworden, welche das Aufladen von Fahrzeugen mit einer Spannungslage von 800 V an einer Ladestation mit einer geringeren Spannungslage von beispielsweise 400 V ermöglichen. Allerdings wird durch eine solche Leistungselektronik die Effizienz des Ladevorgangs reduziert und potenziell auch in der Leistung begrenzt.
Es wird daher vorgeschlagen, Ladestationen bereitzustellen, welche auch entsprechend höhere Spannungslagen bedienen können. Das bringt jedoch erhebliche Probleme mit sich, da einige der für Ladestationen zu berücksichtigenden Normen Spannungslagen bzw. ein Umschalten zwischen zwei unterschiedlichen Spannungslagen im Rahmen des Ladevorgangs erst gar nicht zulassen.
Beispielsweise bieten Ladesäulen nach dem GB/T Ladestandard gemäß der Norm nur eine Ladespannungslage von 400 V an. Dabei sehen die GB/T-Normen 18487.1-2015 und 27930-2015 für das DC-Laden von Elektrofahrzeugen vor, dass Fahrzeuge nur mit einem festen Spannungs-Niveau von zum Beispiel 400 V arbeiten und keine automatische Umschaltung zwischen zwei Spannungslagen während eines Ladevorgangs möglich bzw. erlaubt ist. Wenn dann ein Elektrofahrzeug eine höhere Ladespannung anfordert, geht die Ladesäule in einen Fehlermodus über und ein Aufladen ist nicht mehr möglich. Ein weiteres Problem ist, dass von diesen Normen eine erste Isolationsprüfung zum Beispiel mit dem Spannungs-Niveau 400 V und einem darauffolgenden Laden mit dem Spannungs-Niveau 800 V (und einer daran angepassten Isolationsüberwachung) nicht normativ abgedeckt ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Interoperabilität von Ladestationen insbesondere nach dem GB/T Standard und Elektrofahrzeugen, welche mehrere Spannungslagen unterstützen, zu verbessern. Vorzugsweise soll dabei eine sichere und zugleich unaufwendige Umschaltung der Ladeparameter während des Ladevorgangs insbesondere unter Berücksichtigung relevanter Normen und beispielsweise des GB/T Standards für Ladestationen möglich sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ein erfindungsgemäßes Ladesystem ist Gegenstand des Anspruchs 13. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mittels einer Ladesäule. Dabei ist die Traktionsbatterie mit wenigstens zwei unterschiedlichen Ladespannungslagen aufladbar. Nach einem Anschließen des Elektrofahrzeugs an die Ladesäule insbesondere mit wenigstens einem Ladekabel erfolgt zwischen einem Batteriemanagementsystem des Elektrofahrzeugs und der Ladesäule ein Datenaustausch, um eine Ladespannung auszuhandeln. Dazu wird durch das Batteriemanagementsystem mittels wenigstens einer Handschlag-Botschaft (Battery Handshake Message, BHM) der Ladestation eine maximale zulässige Gesamtladespannung mitgeteilt. Dabei ist diese mitgeteilte maximale zulässige Gesamtladespannung um ein definiertes Maß geringer als eine höchste Ladespannungslage der Traktionsbatterie.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die Handschlag-Botschaft mit der gezielt verringerten Ladespannungslage der Traktionsbatterie. Dadurch wird beispielsweise vermieden, dass es zu Fehlermeldungen kommt, wenn ein Fahrzeug mit einer Spannungslage von 800 V an einer Ladestation nach dem GB/T Standard anmeldet. Dadurch ist auch eine Umschaltung der Spannungslage aufseiten der Ladesäule zuverlässig möglich, wodurch der gesamte Ladevorgang überhaupt erst ermöglicht bzw. erheblich verbessert wird. Denn ohne eine solche Umschaltung wird die maximale Ladeleistung der Ladestation üblicherweise nicht ausgeschöpft bzw. technisch begrenzt, da im GB/T Standard nur ungekühlte Ladekabel zugelassen sind, welche oft eine maximale Stromtragfähigkeit von 250 A haben. Einen besonderen Vorteil bietet dieses Verfahren dann, wenn die Ladespannungslage höher als die Spannung für die Isolationsprüfung ist.
Es ist vorteilhaft und bevorzugt, dass die mitgeteilte maximale zulässige Gesamtladespannung auf einen Wert reduziert ist bzw. wird, welcher der geringeren bzw. geringsten Ladespannungslage der Traktionsbatterie entspricht. Insbesondere wird die zulässige Gesamtladespannung auf eine von 400 V reduziert. Möglich sind auch andere Gesamtladespannungen. Dadurch wird der Ladevorgang an Ladesäulen nach dem GB/T Standard erheblich verbessert.
Möglich und vorteilhaft ist auch, dass die mitgeteilte maximale zulässige Gesamtladespannung auf einen Wert reduziert ist bzw. wird, welcher im Batteriemanagementsystem für die jeweils (gegenwärtig) angeschlossene Ladestation hinterlegt ist. Insbesondere beträgt die mitgeteilte maximale zulässige Gesamtladespannung 400 V +/- 10 % oder +/- 20 %. Insbesondere wird der Wert, auf den die mitgeteilte maximale zulässige Gesamtladespannung reduziert wird, in Abhängigkeit einer Norm der Ladesäule ausgewählt. Möglich und vorteilhaft ist auch, dass der Wert, auf dem die mitgeteilte maximale zulässige Gesamtladespannung reduziert wird, einer von der Ladesäule vorgegebenen (maximalen) Spannungslage für eine Isolationsprüfung und vorzugsweise für eine erste bzw. initiale Isolationsprüfung entspricht.
Vorzugsweise wird wenigstens eine Messgröße für eine Isolationsprüfung für den bevorstehenden Ladevorgang festgelegt. Insbesondere wird dazu ein Minimum der mitgeteilten maximalen zulässigen Gesamtladespannung und einer in der Ladesäule hinterlegten Isolationsstärke der Ladesäule bestimmt. Insbesondere ist die Isolationsstärke der Ladesäule und ihrer Komponenten durch vorherige Konfiguration bestimmt. Dann wird vorzugsweise durch die Ladesäule die Isolationsprüfung für den bevorstehenden Ladevorgang unter Berücksichtigung dieser zuvor festgelegten Messgröße durchgeführt.
Vorzugsweise wird durch das Batteriemanagementsystem eine (erste) Batterieladeparameter-Botschaft (Battery Charging Parameter, BCP) über eine Maximalspannung der Traktionsbatterie an die Ladestation gesendet. Vorzugsweise wird dabei der Ladestation ein Wert für die Maximalspannung mitgeteilt, welcher um ein definiertes Maß geringer als eine tatsächliche Maximalspannung der Traktionsbatterie ist. Vorzugsweise wird dabei ein Wert mitgeteilt, welcher dem Wert der geringeren Ladespannungslage der Traktionsbatterie entspricht. Vorzugsweise wird dazu die tatsächliche Maximalspannung der Traktionsbatterie um das gleiche Maß reduziert, wie es auch für das Reduzieren der maximalen zulässigen Gesamtladespannung vorgesehen ist. Es ist möglich, dass dazu der Ladesäule der gleiche Wert wie für die mitgeteilte maximale zulässige Gesamtladespannung mitgeteilt wird. Insbesondere wird diese Botschaft durch die Ladestation ausgewertet.
Insbesondere wird durch die Ladestation wenigstens eine Botschaft über eine maximale Ausgangsspannung der Ladestation (Chargers Maximum Output Capacity, „CML“) an das Batteriemanagementsystem gesendet. Insbesondere wird diese Botschaft durch das Batteriemanagementsystem ausgewertet.
Vorzugsweise wird durch das Batteriemanagementsystem wenigstens eine weitere Batterieladeparameter-Botschaft (BCP) über eine Maximalspannung der Traktionsbatterie an die Ladestation gesendet. Vorzugsweise wird dabei der Ladestation ein Wert für die Maximalspannung mitgeteilt, welcher der (tatsächlichen) Maximalspannung der Traktionsbatterie entspricht, wenn diese geringer oder gleich der von der Ladestation mitgeteilten Ausgangsspannung der Ladestation (CML) ist. Möglich und bevorzugt ist auch, dass dabei der Ladestation ein Wert für die Maximalspannung mitgeteilt wird, welche einer geringeren Ladespannungslage der Traktionsbatterie entspricht, wenn die (tatsächliche) Maximalspannung der Traktionsbatterie größer als die von der Ladestation mitgeteilte maximale Ausgangsspannung der Ladestation (CML) ist. Insbesondere wird diese Botschaft durch die Ladestation ausgewertet.
Insbesondere kann das Batteriemanagementsystem wiederholt weitere Batterieladeparameter-Botschaft (BCP) an die Ladestation senden, um eine Ladespannung auszuhandeln. Insbesondere antwortet die Ladestation jeweils mit einer Mitteilung der maximalen Ausgangsspannung der Ladestation (CML) an das Batteriemanagementsystem. Insbesondere liegt die maximale Ausgangsspannung der Ladestation (CML) bei wenigstens 800 V und vorzugsweise bei wenigstens 900 V und zum Beispiel bei 950 V +/- 10 %.
Es ist möglich und bevorzugt, dass durch die Ladestation wiederholt Botschaften über eine maximale Ausgangsspannung der Ladestation (CML) an das Batteriemanagementsystem gesendet werden, insbesondere bis das Batteriemanagementsystem keine weiteren Batterieladeparameter-Botschaften (BCP) mehr sendet und/oder bis von der Ladestation wenigstens eine Botschaft empfangen wird, dass das Batteriemanagementsystem bereit zum Laden ist (Battery Charging Ready, „BRO“).
Insbesondere wird der letzte empfangene Wert für die Maximalspannung der Traktionsbatterie aus der von dem Batteriemanagementsystem gesendeten Batterieladeparameter-Botschaft in (BCP) von der Ladestation gespeichert und für den gegenwärtigen Ladevorgang als eine Grenze für die Ladespannung verwendet. Dieser gespeicherte Wert entspricht insbesondere der ausgehandelten Ladespannung. Insbesondere wird eine Ladespannung der Ladespannungslage von 800 V ausgehandelt.
Vorzugsweise wird während und/oder nach Ablauf der zuvor beschriebenen Schritte der Ladevorgang von der Ladestation nicht unterbrochen. Möglich ist eine Unterbrechung insbesondere dann, wenn eine normativ geforderte bzw. hinterlegte Timeout-Zeit überschritten wird.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die für den gegenwärtigen Ladevorgang ausgehandelte Ladespannung von der Ladestation für wenigstens eine (fortlaufende) Isolationsüberwachung während des Ladevorgangs und/oder für wenigstens eine weitere Isolationsprüfung herangezogen wird. Insbesondere erfolgt während des Ladevorgangs eine Isolationsüberwachung. Insbesondere wird die Isolationsüberwachung an die eingesetzte Ladespannung angepasst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des zuvor beschriebenen Verfahrens oder in einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mittels einer Ladesäule, ist vorgesehen, dass durch das Batteriemanagementsystem eine (erste) Batterieladeparameter-Botschaft (BCP) über eine Maximalspannung der Traktionsbatterie an die Ladestation gesendet wird. Vorzugsweise wird dabei der Ladestation ein Wert für die Maximalspannung mitgeteilt, welcher einer geringeren Ladespannungsebene der Traktionsbatterie und/oder einer Ladespannungslage von 400 V entspricht, wenn eine zuvor von der Ladestation mitgeteilte maximale Ausgangsspannung der Ladestation (CML) geringer als die für eine Isolationsprüfung berücksichtigte Spannung ist.
Mit einem solchen Verfahren kann die zuvor gestellte Aufgabe ebenfalls besonders vorteilhaft aufgelöst werden. Einen besonderen Vorteil bietet dieses Verfahren dann, wenn die Ladespannungslage niedriger als die Spannung für die Isolationsprüfung ausgebildet ist. Vorzugsweise ist auch dieses erfindungsgemäße Verfahren wenigstens teilweise so ausgebildet, wie es zuvor beschrieben wurde.
In einer Ausgestaltung wird durch das Batteriemanagementsystem wenigstens eine weitere Batterieladeparameter-Botschaft (BCP) über eine Maximalspannung der Traktionsbatterie an die Ladestation gesendet, um eine Ladespannung auszuhandeln, welche höher als die in der zuvor gesendeten (ersten) Batterieladeparameter-Botschaft (BCP) mitgeteilte Maximalspannung, aber geringer als oder gleich wie die zuvor von der Ladestation mitgeteilte maximale Ausgangsspannung der Ladestation (CML) ist.
Das erfindungsgemäße Ladesystem ist dazu geeignet und ausgebildet, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer der Ausgestaltungen betrieben zu werden. Auch das erfindungsgemäße Ladesystem bietet viele Vorteile und löst die zuvor gestellte Aufgabe besonders vorteilhaft.
Insbesondere umfasst das Ladesystem wenigstens ein Batteriemanagementsystem für eine mit wenigstens zwei unterschiedlichen Ladespannungsebenen aufladbare Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs. Insbesondere umfasst das Ladesystem wenigstens eine mit dem Batteriemanagementsystem koppelbare Ladesäule. Insbesondere erfolgt das Koppeln des Batteriemanagementsystems mit der Ladesäule durch das bestimmungsgemäße Anschließen eines Ladekabels der Ladesäule an das Elektrofahrzeug.
Erfindungsgemäß wird unter einer Ladespannungslage insbesondere ein Spannungsbereich verstanden, in dem die Traktionsbatterie aufladbar ist. Beispielsweise kann die Ladespannung beim Laden +/- 10 % oder +/- 20 % technisch bedingt von der Spannungslage abweichen. Erfindungsgemäß wird unter einer Spannungslage insbesondere ein Spannungsbereich verstanden, in dem sich die Traktionsbatterie im bestimmungsgemäßen Betrieb befindet. So weist beispielsweise eine Batterie mit einer Spannungslage von 800 V je nach Batterieladezustand zwischen etwa 750 und etwa 850 V auf. Insbesondere kann die Traktionsbatterie mit wenigstens zwei unterschiedlichen Ladespannungslagen aufgeladen werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer geringeren Ladespannungslage der Traktionsbatterie insbesondere eine andere als die höchste Ladespannungslage und vorzugsweise die geringste Ladespannungslage verstanden. In dem Fall, dass mehr als zwei und beispielsweise drei oder mehr Ladespannungslagen für die Traktionsbatterie vorgesehen sind, wird unter der geringeren Ladespannungslage der Traktionsbatterie insbesondere eine solche Ladespannungslage verstanden, welche bei 400 V liegt und/oder welche einen für die jeweilige Ladesäule vorgesehenen Ladespannungsstandard nicht überschreitet.
Insbesondere liegt wenigstens eine und insbesondere die geringere (geringste) Ladespannungslage bei 400 V und wenigstens eine andere Ladespannungslage bei 800 V. Möglich sind auch andere Spannungslagen. Es ist möglich, dass die Ladespannung für den Ladevorgang um bis zu 10 % oder 20 % von der vorgesehenen Ladespannungslage abweicht.
Insbesondere senden sich das Batteriemanagementsystem und die Ladesäule die Botschaften zyklisch und vorzugsweise unabhängig voneinander zu. Insbesondere wird eine gesendete Botschaft von dem jeweiligen Empfänger ausgewertet. Insbesondere wird mit der Handschlag-Botschaft (BHM) der Datenaustausch initiiert. In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass der Datenaustausch nach J1939 erfolgt.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In der Figur zeigt:

1 eine stark schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Ladesystems.

Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ladesystem 10, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Das Ladesystem 10 dient zum Laden einer Traktionsbatterie 1 eines hier nicht näher dargestellten Elektrofahrzeugs. Mit der Traktionsbatterie 1 kann ein Bordnetz mit einer Spannungslage von beispielsweise 800 V mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Traktionsbatterie 1 kann hier mit zwei Ladespannungslagen und beispielsweise mit 400 V und 800 V aufgeladen werden. Die tatsächliche Ladespannung stellt sich dann je nach Ladezustand bzw. Gesamtzustand der Traktionsbatterie 1 zwischen 350 V und 450 V bzw. zwischen ca. 700 V und 900 V ein.
Zum Aufladen der Traktionsbatterie 1 ist eine Ladesäule 2 mit einem hier nicht näher dargestellten Ladekabel vorgesehen. Um ein sicheres und zuverlässiges Laden zu ermöglichen, kommunizieren die Ladesäule 2 und ein Batteriemanagementsystem 3 des Kraftfahrzeugs während des Ladevorgangs fortlaufend miteinander. Dabei erfolgt insbesondere eine entsprechende Verarbeitung einer J1939-Kommunikation zwischen Ladesäule 2 und Batteriemanagementsystem 3. Insbesondere erfolgt während des gesamten Ladevorgangs auch eine Überwachung der Isolation der elektrischen Komponenten.
Nachfolgend wird mit Bezug zu der 1 ein beispielhafter Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Fall beschrieben, bei dem eine Ladespannungslage höher als eine Spannung für eine Isolationsprüfung 5 ist:

Auswertung der Handschlag-Botschaft BHM 4 des Batteriemanagementsystems 3, welche das Signal maximal zulässige Gesamtladespannung („Maximum allowable total charging voltage“) enthält, z. B. 400 V.

Der Ladesäule 2 ist durch vorherige Konfiguration bekannt, welche Isolationsstärken alle angeschlossenen Komponenten der Ladesäule 2 haben.
Es wird das Minimum dieses Signals, d. h. „Maximum allowable total charging voltage“ und der eingestellten Isolationsstärke bestimmt und als Messgröße für diesen Ladevorgang festgelegt.
Anhand der vorangegangenen Auswertung wird die Ladesäule 2 eine Isolationsprüfung 5 mit dieser Messgröße durchführen.
Auswertung der ersten Batterieladeparameter-Botschaft BCP 6 des Batteriemanagementsystems 3, welche das Signal Maximalspannung „Maximum Voltage“ enthält, z. B. 400 V.
Senden der Botschaft CML 7 durch die Ladestation 2, welche das Signal maximale Ausgangsspannung „Maximum Output Voltage“ enthält, z. B. 950 V.
Auswertung und Akzeptanz der darauffolgenden weiteren Batterieladeparameter-Botschaft BCP 16 des Batteriemanagementsystems 3, welche das Signal Maximalspannung „Maximum Voltage“ enthält, z. B. 800 V.
Wiederholtes Senden der Botschaft CML 7 der Ladestation 2, welche das Signal maximale Ausgangsspannung „Maximum Output Voltage“ enthält, z. B. 950 V. Das erfolgt solange, bis das Batteriemanagementsystem 3 die Botschaft BCP 16 nicht mehr sendet und die Botschaft BRO 8 von der Ladestation 2 empfangen wird.
Der letzte empfangene Signalwert Maximalspannung „Maximum Voltage“ in der Batterieladeparameter-Botschaft BCP 16 des Batteriemanagementsystems 3 wird gespeichert und für den momentanen Ladevorgang als Grenze weiterverwendet, z. B. 800 V.
Während oder nach Ablauf der beschriebenen Schritte wird der Ladevorgang von der Ladestation 2 nicht unterbrochen oder abgebrochen, außer die normativ geforderte Timeoutzeit wird überschritten.
Nachfolgend wird ein beispielhafter Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Fall beschrieben, bei dem die Ladespannungslage niedriger als die Spannung für die Isolationsprüfung 5 ist:

Auswertung der Handschlag-Botschaft BHM 4 des Batteriemanagementsystems 3, welche das Signal maximal zulässige Gesamtladespannung („Maximum allowable total charging voltage“) enthält, z. B. 800 V.

Der Ladesäule 2 ist durch vorherige Konfiguration bekannt, welche Isolationsstärken alle angeschlossenen Komponenten der Ladesäule 2 haben.
Es wird das Minimum dieses Signals, d. h. „Maximum allowable total charging voltage“ und der eingestellten Isolationsstärke bestimmt und als Messgröße für diesen Ladevorgang festgelegt.
Anhand der vorangegangenen Auswertung wird die Ladesäule 2 eine Isolationsprüfung 5 mit dieser Messgröße durchführen.
Auswertung der ersten Batterieladeparameter-Botschaft BCP 6 des Batteriemanagementsystems 3, welche das Signal Maximalspannung „Maximum Voltage“ enthält, z. B. 800 V.
Senden der Botschaft CML 7 durch die Ladestation 2, welche das Signal maximale Ausgangsspannung „Maximum Output Voltage“ enthält, z. B. 500 V.
Auswertung und Akzeptanz der darauffolgenden weiteren Batterieladeparameter-Botschaft BCP 16 des Batteriemanagementsystems 3, welche das Signal Maximalspannung „Maximum Voltage“ enthält, z. B. 400 V.
Wiederholtes Senden der Botschaft CML 7 der Ladestation 2, welche das Signal maximale Ausgangsspannung „Maximum Output Voltage“ enthält, z. B. 500 V. Das erfolgt solange, bis das Batteriemanagementsystem 3 die Botschaft BCP 16 nicht mehr sendet und/oder die Botschaft BRO 8 von der Ladestation 2 empfangen wird.
Der letzte empfangene Signalwert Maximalspannung „Maximum Voltage“ in der Batterieladeparameter-Botschaft BCP 16 des Batteriemanagementsystems 3 wird gespeichert und für den momentanen Ladevorgang als Grenze weiter verwendet, z. B. 500 V.
Während oder nach Ablauf der beschriebenen Schritte wird der Ladevorgang von der Ladestation 2 nicht unterbrochen oder abgebrochen, außer die normativ geforderte Timeoutzeit wird überschritten.
Die hier vorgestellte Erfindung bietet eine erhebliche Steigerung der Interoperabilität von Ladestationen 2 mit Fahrzeugen, deren Traktionsbatterien 1 mehrere Spannungslagen unterstützen. Zugleich wird eine Optimierung des Ladevorgangs auf Seite der Ladestation 2 in Hinblick auf Ladeleistung und Effizienz ermöglicht.

Claims

Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie (1) eines Elektrofahrzeugs mittels einer Ladesäule (2), wobei die Traktionsbatterie (1) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Ladespannungslagen aufladbar ist und wobei nach einem Anschließen des Elektrofahrzeugs an die Ladesäule (2) zwischen einem Batteriemanagementsystem (3) des Elektrofahrzeugs und der Ladesäule (2) ein Datenaustausch erfolgt, um eine Ladespannung auszuhandeln und wobei dazu durch das Batteriemanagementsystem (3) mittels wenigstens einer Handschlag-Botschaft (Battery Handshake Message, BHM) (4) der Ladestation (2) eine maximale zulässige Gesamtladespannung mitgeteilt wird und wobei diese mitgeteilte maximale zulässige Gesamtladespannung um ein definiertes Maß geringer als eine höchste Ladespannungslage der Traktionsbatterie (1) ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die mitgeteilte maximale zulässige Gesamtladespannung auf einen Wert reduziert ist, welcher der geringeren Ladespannungslage entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mitgeteilte maximale zulässige Gesamtladespannung auf einen Wert reduziert ist, welcher im Batteriemanagementsystem (3) für die jeweils angeschlossene Ladestation (2) hinterlegt ist und/oder wobei die mitgeteilte maximale zulässige Gesamtladespannung 400 Volt +/- 10 % beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Messgröße für eine Isolationsprüfung (5) für den bevorstehenden Ladevorgang festgelegt wird und wobei dazu ein Minimum der mitgeteilten maximalen zulässigen Gesamtladespannung und einer in der Ladesäule (2) hinterlegten Isolationsstärke der Ladesäule (2) bestimmt wird und wobei durch die Ladesäule (2) die Isolationsprüfung für den bevorstehenden Ladevorgang unter Berücksichtigung der zuvor festgelegten Messgröße durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Batteriemanagementsystem (3) eine Batterieladeparameter-Botschaft (Battery Charging Parameter, BCP) (6) über eine Maximalspannung der Traktionsbatterie (1) an die Ladestation gesendet wird und wobei der Ladestation (2) dabei ein Wert für die Maximalspannung mitteilt wird, welcher um ein definiertes Maß geringer als eine tatsächliche Maximalspannung der Traktionsbatterie (1) ist und vorzugsweise dem Wert der geringeren Ladespannungslage der Traktionsbatterie (1) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Ladestation (2) eine Botschaft über eine maximale Ausgangsspannung der Ladestation (Chargers Maximum Output Capacity, „CML“) (7) an das Batteriemanagementsystem (3) gesendet wird und wobei diese Botschaft durch das Batteriemanagementsystem (3) ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Batteriemanagementsystem (3) wenigstens eine weitere Batterieladeparameter-Botschaft (BCP) (16) über eine Maximalspannung der Traktionsbatterie (1) an die Ladestation (2) gesendet wird und wobei dabei der Ladestation (2) ein Wert für die Maximalspannung mitteilt wird, welcher der Maximalspannung der Traktionsbatterie (1) entspricht, wenn diese geringer oder gleich der von der Ladestation (2) mitgeteilten maximalen Ausgangsspannung der Ladestation (CML) (7) ist oder wobei dabei der Ladestation (2) ein Wert für die Maximalspannung mitteilt wird, welcher einer geringeren Ladespannungslage der Traktionsbatterie (1) entspricht, wenn die Maximalspannung der Traktionsbatterie (1) größer als die von der Ladestation (2) mitgeteilte maximale Ausgangsspannung der Ladestation (CML) (7) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Ladestation (2) wiederholt Botschaften über eine maximale Ausgangsspannung der Ladestation (CML) (7) an das Batteriemanagementsystem (3) gesendet werden, bis das Batteriemanagementsystem (3) keine weiteren Batterieladeparameter-Botschaften (BCP) (16) mehr sendet und/oder bis von der Ladestation (2) eine Botschaft empfangen wird, dass das Batteriemanagementsystem bereit zum Laden ist (Battery Charging Ready, „BRO“) (8).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der letzte empfangene Wert für die Maximalspannung der Traktionsbatterie (1) aus der von dem Batteriemanagementsystem (3) gesendeten Batterieladeparameter-Botschaft (BCP) (16) von der Ladestation (2) gespeichert und für den gegenwärtigen Ladevorgang als Grenze für die Ladespannung verwendet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die für den gegenwärtigen Ladevorgang ausgehandelte Ladespannung von der Ladestation (2) für wenigstens eine Isolationsüberwachung während des Ladevorgangs herangezogen wird.
Verfahren insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Batteriemanagementsystem (3) eine Batterieladeparameter-Botschaft (BCP) (6) über eine Maximalspannung der Traktionsbatterie (1) an die Ladestation (2) gesendet wird und wobei dabei der Ladestation (2) ein Wert für die Maximalspannung mitgeteilt wird, welcher einer geringeren Ladespannungslage der Traktionsbatterie (1) entspricht, wenn eine zuvor von der Ladestation (2) mitgeteilte maximale Ausgangsspannung der Ladestation (CML) (7) geringer als die für eine Isolationsprüfung (5) berücksichtigte Spannung ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei durch das Batteriemanagementsystem (3) wenigstens eine weitere Batterieladeparameter-Botschaft (BCP) (16) über eine Maximalspannung der Traktionsbatterie (1) an die Ladestation (2) gesendet wird, um eine Ladespannung auszuhandeln, welche höher als die in der zuvor gesendeten Batterieladeparameter-Botschaft (BCP) (6) mitgeteilte Maximalspannung, aber geringer als oder gleich wie die zuvor von der Ladestation (2) mitgeteilte maximale Ausgangsspannung der Ladestation (CML) (7) ist.
Ladesystem (10), dazu geeignet und ausgebildet, nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche betrieben zu werden.