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Die Erfindung betrifft eine Ladeanschlusssteuervorrichtung für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug.
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Ladesysteme elektrisch betreibbarer Fahrzeuge weisen üblicherweise eine Vielzahl separater, dezentraler Komponenten auf. Darunter sind Komponenten wie Ladeanschluss, Ladekommunikationssteuergerät (Electric Vehicle Communication Controller = EVCC), Onboard-Lader, Leistungsverteilungseinheit (Power Distribution Unit = PDU) und andere Steuergeräte und/oder Funktionen.
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Die
US 2020/0198478 A1 offenbart eine Ladevorrichtung für ein elektrisches Fahrzeug, welches einen Ladeanschluss umfasst, der ausgebildet ist, um Ladeinformationen und elektrischen Strom von einer Ladeinfrastruktur zu empfangen. Weiter umfasst die Ladevorrichtung ein Steuermodul, das ausgebildet ist, einen Lademode basierend auf der Ladeinformation zu bestimmen und ein Steuersignal auszugeben, das mit dem bestimmten Lademode übereinstimmt. Weiter umfasst die Ladevorrichtung einen Lader, der ausgebildet ist, eine Batterie des elektrischen Fahrzeugs zu laden nach Vorgaben des Steuersignals des Steuermoduls.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Ladeanschlusssteuervorrichtung für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug zu schaffen.
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Die vorgenannte Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Ladeanschlusssteuervorrichtung für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend wenigstens einen Kommunikationskanal, welcher zur Verbindung mit einer externen Ladeinfrastruktur koppelbar ausgebildet ist, wenigstens einen Signalkanal, welcher zur Übermittlung von Steuersignalen von und/oder zu der externen Ladeinfrastruktur koppelbar ausgebildet ist, wenigstens drei Wechselstrom-Ladeanschlüsse, welche zur Übertragung von elektrischem Strom von der externen Ladeinfrastruktur koppelbar ausgebildet sind, wenigstens zwei Gleichstrom-Ladeanschlüsse, welche zur Übertragung von elektrischem Strom von der externen Ladeinfrastruktur koppelbar ausgebildet sind, wenigstens einen Anschluss für einen Neutralleiter und/oder einen Anschluss für einen Schutzleiter, sowie eine Kommunikationssteuereinrichtung, welche wenigstens zum Steuern und/oder zum Überwachen von Ladeprozessen des Fahrzeugs über die externe Ladeinfrastruktur ausgebildet ist.
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In der vorgeschlagenen Ladeanschlusssteuervorrichtung ist ein Ladeanschluss von batterieelektrischen oder hybriden Fahrzeugen mit dem Ladekommunikationssteuergerät (EVCC) zur Kommunikation gemäß der geläufigen Ladestandards in Form eines sogenannten Smart Inlet Communication Controller (SICC) integriert. Damit kann die Gestaltung eines üblicherweise dezentral verteilten Ladesystems schlanker, kompakter und fehlerresistenter realisiert werden.
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Der Ladeanschluss kann so in Zukunft auf einfache Weise durch neue Standards um smarte Funktionen erweitert werden. Statt beispielsweise dazu zwei umfangreiche, komplexe und Software-lastige Steuergeräte, nämlich den Ladeanschluss und das Ladekommunikationssteuergerät zu entwickeln und aufeinander abzustimmen, können diese Funktionen in die vorgeschlagene Ladeanschlusssteuervorrichtung integriert werden.
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Vorteilhaft können so unterschiedliche Funktionen in der Ladeanschlusssteuervorrichtung als zentralem Steuergerät integriert werden und damit die Leistung des Ladesystems verbessert werden. In der Ladeanschlusssteuervorrichtung können unterschiedliche Kompetenzen gebündelt und damit eine Reduktion von Kosten sowie eine Optimierung der Produktqualität erreicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeanschlusssteuervorrichtung kann der wenigstens eine Kommunikationskanal zur Kommunikation mit einer Infrastruktur-Steuereinrichtung in der externen Ladeinfrastruktur ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine Signalkanal zur Übermittlung von Steuersignalen von und/oder zu der Kommunikationssteuereinrichtung in der externen Ladeinfrastruktur ausgebildet sein. Über den wenigstens einen Kommunikationskanal kann die nötige Kommunikation mit der Ladeinfrastruktur aufgebaut werden, um die zum Laden nötigen Informationen zwischen Fahrzeug und Ladeinfrastruktur auszutauschen. Über den wenigstens einen Signalkanal können Steuersignale zur Steuerung und zur Überwachung des Ladeprozesses zwischen Fahrzeug und Ladeinfrastruktur ausgetauscht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ladeanschlusssteuervorrichtung wenigstens einen weiteren Kommunikationskanal zur Kommunikation mit einer Bordnetz des Fahrzeugs umfassen, insbesondere mit einer Hochvolt-Batterie und/oder einer Onboard-Ladeinfrastruktur. Die Ladeanschlusssteuervorrichtung kann über den wenigstens einen weiteren Kommunikationskanal Verbindung mit dem Bordnetz des Fahrzeugs und darüber mit weiteren Fahrzeugkomponenten aufnehmen, welche für den elektrischen Antrieb des Fahrzeugs und seine elektrische Versorgung und Steuerung von Bedeutung sind. Darunter sind vor allem auch die Hochvolt-Batterie, die über die Ladeanschlusssteuervorrichtung geladen werden kann und die Onboard-Ladeinfrastruktur, welche beispielsweise einen nötigen Stromrichter zum Aufladen der Hochvolt-Batterie umfasst.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeanschlusssteuervorrichtung kann der wenigstens eine Kommunikationskanal auf einem Protokoll basieren, welches wenigstens eine Powerline-Kommunikation unterstützt. Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine Kommunikationskanal auf einem Protokoll basieren, welches wenigstens eine Pulsweiten-Modulation unterstützt. Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine Kommunikationskanal auf einem Protokoll basieren, welches wenigstens eine CAN-Kommunikation unterstützt. Verschiedene Protokolle können nötig sein, um unterschiedliche Ladeinfrastrukturen zu bedienen. Für die unterschiedlichen Protokolle können auch mehrere Kommunikationskanäle zur Verfügung gestellt werden, sodass beispielsweise für jedes Protokoll wenigstens ein separater Kommunikationskanal zur Verfügung steht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ladeanschlusssteuervorrichtung zum Laden des Fahrzeugs mit Wechselstrom und/oder Gleichstrom eingerichtet sein. Insbesondere kann die Ladeanschlusssteuervorrichtung zum Laden des Fahrzeugs mit bidirektionalem Laden und/oder induktivem Laden und/oder nach Megawatt-Ladestandards eingerichtet sein.
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Die Ladeanschlusssteuervorrichtung kann vorteilhaft für unterschiedliche Ladestandards ausgebildet sein. Darunter fallen alle heute üblicherweise eingesetzten und derzeit geplanten Ladestandards wie beispielsweise CCS1 und CCS2 gemäß DIN Spec 70121 (2014-12) und ISO/IEC 15118 (2021-08). Gleichstromladestandards umfassen dabei aber auch CHAdeMO, GB/T, ChaoJi, wie zusätzlich das zukünftige Megawatt Charging System (MCS). Wechselstromstandards können vorteilhaft umfasst sein gemäß SAE J1772:2001, IEC 61851 (2019-12), und/oder GBT 20234-2006.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladeanschlusssteuervorrichtung kann die Kommunikationssteuereinrichtung zur Kommunikation mit wenigstens einer Ladestation der Ladeinfrastruktur ausgebildet sein. Dabei unterstützt die Ladeanschlusssteuervorrichtung sowohl die nach zuvor erwähnten Standards benötigte Low-Level-Kommunikation (wenigstens Spannungslevel, Pulsweitenmodulation und weitere) als auch die High-Level-Kommunikation (wenigstens Powerline Communication = PLC, CAN-Kommunikation und weitere).
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ladeanschlusssteuervorrichtung weiter, im Fall von kabelgebundenem Laden, einen Verriegelungsmechanismus für einen Ladestecker der Ladeinfrastruktur umfassen. So kann verhindert werden, dass während des Ladevorgangs das Ladekabel entfernt wird und der Ladevorgang ungewollt abgebrochen wird. Die zentrale Überwachung dafür kann so durch die Ladeanschlusssteuervorrichtung vorgenommen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ladeanschlusssteuervorrichtung weiter eine Temperaturüberwachung wenigstens der Wechselstrom-Ladeanschlüsse und/oder der Gleichstrom-Ladeanschlüsse umfassen. Insbesondere kann die Ladeanschlusssteuervorrichtung eine Temperaturüberwachung der Ladeleitungen, und/oder eine Eigentemperaturüberwachung umfassen. Auf diese Weise können wichtige Sicherheitsfunktionen der Temperaturüberwachung während des Ladeprozesses durch die Ladeanschlusssteuervorrichtung vorgenommen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ladeanschlusssteuervorrichtung weiter eine Anzeige eines generellen Ladestatus und/oder Ladezustandes der Hochvolt-Batterie zur Visualisierung des Ladeprozesses umfassen. Auch Schnittstellen zur Benutzerkommunikation über den Ladeprozess können durch die Ladeanschlusssteuervorrichtung günstigerweise realisiert und/oder bedient werden. Damit kann ein fortschrittliches Bedien- und Anzeigekonzept auf geeignete Weise effizient umgesetzt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Ladeanschlusssteuervorrichtung eine fahrzeugseitige Ladeabbrucheinrichtung umfassen. Damit kann der Ladeprozess durch den Benutzer gesteuert betrieben werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Ladeanschlusssteuervorrichtung weiter eine Kommunikationseinrichtung zur Unterstützung von automatisiertem Laden umfassen. Insbesondere kann die Ladeanschlusssteuervorrichtung ein WiFi-Modul und/oder weiteren kabellosen Kommunikationsmodulen zur Unterstützung von automatisiertem Laden umfassen. Roboterunterstützte Ladevorgänge zum automatisierten Ladeprozess bedürfen umfangreicher Kommunikation mit dem Fahrzeug. Diese Kommunikation mit der nötigen Steuerung von Fahrzeugseite aus kann in der Ladeanschlusssteuervorrichtung auf vorteilhafte Weise integriert sein, um eine günstige Anbindung an die weiteren Fahrzeugfunktionen erreichen zu können. Auf diese Weise kann eine Lokalisierung, Positionierung und weitere für das roboterunterstütze Laden stattfinden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigt:
- 1 eine Systemübersicht einer Ladeanschlusssteuervorrichtung für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In der Figur sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figur zeigt lediglich ein Beispiel und ist nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt eine Systemübersicht einer Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 ist an eine externe Ladeinfrastruktur 100 angekoppelt, wie es zum Durchführen eines Ladeprozesses zwischen der Ladeinfrastruktur 100 und dem Fahrzeug der Fall ist.
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Die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst wenigstens drei mögliche Kommunikationskanäle 12, 14, 16, welche zur High-Level-Kommunikation an die externe Ladeinfrastruktur 100 angekoppelt werden können. Weiter umfasst die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 wenigstens drei mögliche Signalkanäle 18, 20, 22, welche zur Übermittlung von Steuersignalen (Low-Level-Kommunikation) von und/oder zu der externen Ladeinfrastruktur 100 an die Ladeinfrastruktur 100 angekoppelt werden können. Eine gemeinsame Verwendung eines Kanals für eine kombinierte Low-Level-Kommunikation und High-Level-Kommunikation kann günstigerweise über die Ladeanschlusssteuervorrichtung in Abhängigkeit des unterstützten Ladestandards umgesetzt werden.
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Die Kommunikationssteuereinrichtung 40 kann so, integriert in die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10, zweckmäßigerweise zur Kommunikation mit wenigstens einer Ladestation der Ladeinfrastruktur 100 ausgebildet sein.
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Über die Kommunikationskanäle 12, 14, 16 kann die nötige Kommunikation mit der Ladeinfrastruktur 100 aufgebaut werden, um die zum Laden nötigen Informationen zwischen Fahrzeug und Ladeinfrastruktur 100 auszutauschen. Über die Signalkanäle 18, 20, 22 können Steuersignale zur Steuerung und zur Überwachung des Ladeprozesses zwischen Fahrzeug und Ladeinfrastruktur 100 ausgetauscht werden.
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Die Kommunikationskanäle 12, 14, 16 können vorteilhaft auf Protokollen basieren, welches beispielsweise eine Powerline-Kommunikation, oder eine Pulsweiten-Modulation oder eine CAN-Kommunikation, insbesondere eine CAN-FD-Kommunikation mit zusätzlich möglichem Transportprotokoll aber auch zukunftsträchtige Lösungen wie beispielsweise CAN XL unterstützen. Verschiedene Protokolle können nötig sein, um unterschiedliche Ladeinfrastrukturen zu bedienen. Für jedes Protokoll können beispielsweise ein oder mehrere benötigte, eigene Kommunikationskanäle 12, 14, 16 zur Verfügung stehen. In Abhängigkeit des Protokolls kann es sich hier um Eindraht- aber auch Zweidrahtlösungen bis hin zu Mehrdrahtlösungen handeln.
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Weiter umfasst die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 drei Wechselstrom-Ladeanschlüsse 24, 26, 28, welche zur Übertragung von elektrischem Strom von der externen Ladeinfrastruktur 100 und/oder an die externe Ladeinfrastruktur 100 angekoppelt werden können. Die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 umfasst auch zwei Gleichstrom-Ladeanschlüsse 30, 32, welche zur Übertragung von elektrischem Strom von der externen Ladeinfrastruktur 100 und/oder an die Ladeinfrastruktur 100 angekoppelt werden können.
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Die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 kann so vorteilhaft zum Laden des Fahrzeugs mit Wechselstrom und/oder Gleichstrom, insbesondere umfassend bidirektionales Laden und/oder induktives Laden und/oder Megawatt-Ladestandards eingerichtet sein. Die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 kann vorteilhaft für unterschiedliche Ladestandards ausgebildet sein.
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Weiter umfasst die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 einen Anschluss für einen Neutralleiter 34 und einen Anschluss für einen Schutzleiter 36, welche für die Wechselstrom-Ladeanschlüsse 24, 26, 28 bzw. die Gleichstrom-Ladeanschlüsse 30, 32 verwendet werden.
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In der Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 ist eine Kommunikationssteuereinrichtung 40 integriert, welche zum Steuern und/oder zum Überwachen von Ladeprozessen des Fahrzeugs über die externe Ladeinfrastruktur 100 vorgesehen ist.
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Die Kommunikationskanäle 12, 14, 16 sind zur Kommunikation mit einer Infrastruktur-Steuereinrichtung 110 in der externen Ladeinfrastruktur 100 ausgebildet. Die Signalkanäle 18, 20, 22 sind zur Übermittlung von Steuersignalen von und/oder zu der Kommunikationssteuereinrichtung 110 in der externen Ladeinfrastruktur 100 ausgebildet.
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Die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 weist weitere Kommunikationskanäle 52, 54 zur Kommunikation mit einem Bordnetz 50 des Fahrzeugs, insbesondere mit einer Hochvolt-Batterie 60 und/oder einer Onboard-Ladeinfrastruktur 70 auf. Die Vernetzung des Bordnetzes 50 im Fahrzeug sowie die Anbindung der Hochvolt-Batterie 60 und der Onboard-Ladeinfrastruktur 70 ist in 1 nicht weiter dargestellt, da sie für den dargestellten Systemumfang nicht relevant sind.
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Die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 kann über die weiteren Kommunikationskanäle fahrzeugintern Verbindung mit dem Bordnetz 50 des Fahrzeugs und darüber mit weiteren Fahrzeugkomponenten aufnehmen, welche für den elektrischen Antrieb des Fahrzeugs und seine elektrische Versorgung und Steuerung von Bedeutung sind.
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Weiter kann die Ladeanschlusssteuervorrichtung, im Fall von kabelgebundenem Laden, einen Verriegelungsmechanismus für einen Ladestecker der Ladeinfrastruktur 100 aufweisen. So kann verhindert werden, dass während des Ladevorgangs das Ladekabel entfernt wird und der Ladevorgang ungewollt abgebrochen wird und es möglicherweise zu Verletzungen von Menschen und/oder Beschädigungen von Gegenständen kommen kann. Die zentrale Überwachung dafür kann so durch die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 vorgenommen werden.
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Auch kann vorteilhaft eine Temperaturüberwachung wenigstens der Wechselstrom-Ladeanschlüsse 24, 26, 28 und/oder der Gleichstrom-Ladeanschlüsse 30, 32 in der Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 integriert sein. Insbesondere kann eine Temperaturüberwachung der Ladeleitungen, und/oder eine Eigentemperaturüberwachung der Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 selbst integriert sein. Auf diese Weise können wichtige Sicherheitsfunktionen der Temperaturüberwachung während des Ladeprozesses durch die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 vorgenommen werden.
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Weiter kann günstigerweise eine Anzeige eines generellen Ladestatus sowie eines Ladezustandes der Hochvolt-Batterie 60 zur Visualisierung des Ladeprozesses in der Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 vorgesehen sein. Auch Schnittstellen zur Benutzerkommunikation über den Ladeprozess können in die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 günstigerweise integriert sein.
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Weiter kann eine fahrzeugseitige Ladeabbrucheinrichtung in der Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 vorgesehen sein. Damit kann der Ladeprozess durch den Benutzer gesteuert betrieben werden.
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Weiter kann die Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 eine Kommunikationseinrichtung zur Unterstützung von automatisiertem Laden aufweisen. Insbesondere kann ein WiFi-Modul zur Unterstützung von automatisiertem Laden, beispielsweise über einen Roboter, integriert sein. Roboterunterstützte Ladevorgänge zum automatisierten Ladeprozess bedürfen umfangreicher Kommunikation mit dem Fahrzeug. Diese Kommunikation mit der nötigen Steuerung von Fahrzeugseite aus kann in der Ladeanschlusssteuervorrichtung 10 auf vorteilhafte Weise integriert sein, um eine günstige Anbindung an die weiteren Fahrzeugfunktionen erreichen zu können. Auf diese Weise kann eine Lokalisierung, Positionierung und weitere für das roboterunterstütze Laden stattfinden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ladeanschlusssteuervorrichtung
- 12
- Kommunikationskanal
- 14
- Kommunikationskanal
- 16
- Kommunikationskanal
- 18
- Signalkanal
- 20
- Signalkanal
- 22
- Signalkanal
- 24
- Wechselstrom-Ladeanschluss
- 26
- Wechselstrom-Ladeanschluss
- 28
- Wechselstrom-Ladeanschluss
- 30
- Gleichstrom-Ladeanschluss
- 32
- Gleichstrom-Ladeanschluss
- 40
- Kommunikationssteuereinrichtung
- 50
- Bordnetz
- 52
- Kommunikationskanal
- 54
- Kommunikationskanal
- 60
- Hochvolt-Batterie
- 70
- Onboard-Lader
- 100
- Ladeinfrastruktur
- 110
- Infrastruktur-Steuereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2020/0198478 A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN Spec 70121 (2014-12) [0015]
- ISO/IEC 15118 (2021-08) [0015]
- CHAdeMO, GB/T, ChaoJi, wie zusätzlich das zukünftige Megawatt Charging System (MCS). Wechselstromstandards können vorteilhaft umfasst sein gemäß SAE J1772:2001, IEC 61851 (2019-12), und/oder GBT 20234-2006 [0015]