DE102021110508A1

DE102021110508A1 - Vorrichtung und verfahren zum schnellladen eines elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102021110508A1
Application number: DE102021110508.0A
Authority: DE
Inventors: Venkata Prasad Atluri; Hanho Yun; Chandra S. Namuduri; Madhusudan Raghavan; Venkatesh Gopalakrishnan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2022-03-31
Also published as: CN114312383A; US11603005B2; US20220097540A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeugs umfasst eine Lade-Kommandozentrale mit Daten, die eine Verfügbarkeit einer Energiemenge identifizieren, die für die Übertragung von einem ersten Batteriesystem eines ersten batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs (BEV) zu einem zweiten BEV verfügbar ist. Ein Ladeadapter sorgt für die Energieübertragung zwischen einem ersten Stecker des ersten BEV und einem zweiten Stecker des zweiten BEV. Eine V2V-Ladesteuerung kommuniziert Daten, die einen Batteriesystem-Ladezustand des ersten BEV und einen Batteriesystem-Ladezustand des zweiten BEV identifizieren, und wählt zwischen mehreren verfügbaren Ladeoptionen aus.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Batterieladesysteme für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge.
Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) erfordern ein regelmäßiges Aufladen der Batteriepakete der Fahrzeuge. Der Prozess des Wiederaufladens kann üblicherweise acht bis vierundzwanzig Stunden dauern. Daher wurden Schnellladesysteme entwickelt, um die Ladezeit zu verkürzen, um zumindest eine wesentliche Aufladung in einer Zeit von weniger als einer Stunde zu ermöglichen. Die Anzahl und Verfügbarkeit von Ladestationen sowie die Entfernung zwischen den Ladestationen stellen weiterhin eine Einschränkung für die Nachfrage nach BEVs dar. Die Reichweiten-/Ladeangst der BEV-Kunden behindert daher die breite Akzeptanz von BEVs.
Obwohl BEVs mit großer Reichweite diese Herausforderungen angehen, ist eine unterstützende Ladeinfrastruktur entscheidend für die Vermarktung von BEVs an potenzielle Kunden. Öffentliche DC-Schnellladestationen (DCFC) können das Problem der großen Reichweite lösen, aber ihre Installation ist nicht weit verbreitet. Der Aufbau des DCFC-Netzes ist sehr kapitalintensiv mit schlechter Auslastung der Ladestation.
Während also die derzeitigen BEV-Lademöglichkeiten ihren Zweck erfüllen, besteht ein Bedarf an einem neuen und verbesserten System und Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs.
BESCHREIBUNG
Gemäß mehreren Aspekten umfasst eine Vorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeugs eine Lade-Kommandozentrale, die sich in einer Cloud befindet, die Anwendungs-Software enthält und Daten aufweist, die eine Verfügbarkeit einer Energiemenge identifizieren, die für die Übertragung von einem ersten Batteriesystem eines ersten batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs (BEV) zu einem zweiten BEV verfügbar ist. Ein Ladeadapter sorgt für die Energieübertragung zwischen einem ersten Stecker des ersten BEV und einem zweiten Stecker des zweiten BEV. Eine Vehicle-to-Vehicle (V2V)-Ladesteuerung mit Lademanagement-Algorithmen ist entweder in einen Gleichspannungswandler oder in ein Kraftfahrzeug integriert. Die V2V-Ladesteuerung kommuniziert Daten, die einen ersten Batteriesystem-Ladezustand des ersten BEV und einen zweiten Batteriesystem-Ladezustand des zweiten BEV identifizieren und wählt zwischen mehreren verfügbaren Ladeoptionen aus.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die mehreren verfügbaren Ladeoptionen eine Schnellade-Spender-Option, die das erste BEV und das zweite BEV mit einem Schnellade-Spender verbindet, wobei der Schnellade-Spender in einer Ladeanschlussdose oder in einem Spender mit einem Kabel auf Anforderung für eine vorbestimmte Menge pro Stunde oder pro Tag bereitgestellt wird.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird für die Schnellade-Spender-Option eine Anzahl verfügbarer Ladestecker und eine Menge verfügbarer Ladeschächte identifiziert.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die mehreren Ladeoptionen eine Customer-to-Customer-Option zum direkten Verbinden des ersten BEV mit dem zweiten BEV unter Verwendung eines Ladeadapters, der ein Ladekabel mit einem kompakten Gleichspannungswandler definiert, der entweder von dem ersten BEV oder dem zweiten BEV bereitgestellt wird und zwischen einem ersten Batteriesystem des ersten BEV und einem zweiten Batteriesystem des zweiten BEV angeschlossen ist.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die Customer-to-Customer-Option ferner einen Standort des zweiten Fahrzeugs relativ zu einem Standort eines oder mehrerer verfügbarer ladungsfähiger Fahrzeuge, einschließlich des ersten BEV, und einen Batteriestatus der ladungsfähigen Fahrzeuge.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung steuert die Steuereinrichtung des Ladeadapters, der mit einem der ersten BEV oder dem zweiten BEV versehen ist, eine Energieübertragung, bis ein voller Betrag eines angeforderten Energieniveaus von dem ersten BEV auf das zweite BEV übertragen ist.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenlegung umfassen die mehreren Ladeoptionen eine Kunden-zu-Unternehmen-Option, die einen Standort des zweiten BEV relativ zu einem Standort eines oder mehrerer verfügbarer Ladefahrzeuge einschließlich des ersten BEV identifiziert und einen geschäftlichen Energiebedarf ermittelt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die mehreren Ladeoptionen eine Business-to-Customer-Option, die einen Standort des zweiten BEV relativ zu einem Standort eines oder mehrerer verfügbarer ladungsfähiger Fahrzeuge einschließlich des ersten BEV, einen Batteriestatus der ladungsfähigen Fahrzeuge und einen Zielpreis der verfügbaren Energie einschließt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert der Ladeadapter einen bidirektionalen Buck-Boost-Wandler, der eine elektrische Systemspannung und eine Batterieleistung des ersten BEV an eine elektrische Systemspannung und eine Batterieleistung des zweiten BEV anpasst.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die V2V-Ladesteuerung für einen Betriebsspannungsbereich zwischen 150 VDC bis zu etwa 1200 VDC ausgelegt und umfasst Ladesteuerungen und einen von: einem einphasigen V2V-Bi-Richtungswandler; einem zweiphasigen V2V-Bi-Richtungswandler; und einem mehrphasigen V2V-Bi-Richtungswandler, der einen dreiphasigen V2V-Bi-Richtungswandler definieren kann.
Gemäß mehreren Aspekten umfasst eine Vorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeugs einen Ladeadapter, der eine Energieübertragung durch einen ersten Stecker, der mit einem Energie liefernden Fahrzeug verbunden ist, und einen zweiten Stecker, der mit einem Energie empfangenden Fahrzeug verbunden ist, bereitstellt. Ein bidirektionaler Aufwärtswandler passt eine elektrische Systemspannung und eine Batterieleistung des Energie liefernden Fahrzeugs an eine elektrische Systemspannung und eine Batterieleistung des Energie empfangenden Fahrzeugs an. Eine Steuerung kommuniziert zwischen dem ersten Stecker und dem zweiten Stecker und wählt zwischen mehreren verfügbaren Ladeoptionen aus. Der Ladeadapter umfasst: ein erstes Energieübertragungskabelpaar, das mit dem ersten Stecker und dem bidirektionalen Aufwärtswandler verbunden ist, und ein zweites Energieübertragungskabelpaar, das den bidirektionalen Aufwärtswandler mit dem zweiten Stecker verbindet.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung verbindet eine Kommunikationsverbindung den ersten Stecker mit dem Steuergerät. Eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Verbindung verbindet das Steuergerät mit dem zweiten Stecker. Eine Lade-Kommandozentrale bietet eine Verarbeitungsfunktion, um eine optimale Energiequelle für das Energie empfangende Fahrzeug zu identifizieren, basierend auf einem Zielpreis einer Energiemenge, die vom Energie liefernden Fahrzeug verfügbar ist, und einer verfügbaren Ladezeit des Energie empfangenden Fahrzeugs. Das Steuergerät überwacht eine Energieanalyse und steuert die Energieübertragung zwischen dem Energie liefernden Fahrzeug und dem Energie empfangenden Fahrzeug.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine erste Fahrzeugposition, die eine GPS-Koordinatenposition des Energie liefernden Fahrzeugs definiert, automatisch an die Lade-Kommandozentrale übermittelt. Ein Niedrigenergiezustand in einem Batteriesystem des Energie empfangenden Fahrzeugs wird von dem Energie empfangenden Fahrzeug an die Lade-Kommandozentrale gepingt. Eine zweite Fahrzeugposition, die eine GPS-Koordinatenposition des Energie empfangenden Fahrzeugs definiert, wird automatisch an die Lade-Kommandozentrale übermittelt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein optimaler gemeinsamer Standort für das Energie liefernde Fahrzeug und das Energie empfangende Fahrzeug berechnet. Der optimale gemeinsame Standort wird von der Lade-Kommandozentrale unter Verwendung der ersten Fahrzeugposition und der zweiten Fahrzeugposition berechnet. Die Lade-Kommandozentrale leitet das Energie liefernde Fahrzeug und das Energie empfangende Fahrzeug weiter zu dem gemeinsamen Standort.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Energie liefernde Fahrzeug ein erstes Batteriesystem. Das energieaufnehmende Fahrzeug umfasst ein zweites Batteriesystem. Der Ladeadapter ist zwischen dem ersten Batteriesystem des Energie liefernden Fahrzeugs und dem zweiten Batteriesystem des Energie empfangenden Fahrzeugs an der gemeinsamen Stelle angeschlossen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen die mehreren verfügbaren Ladeoptionen eine Schnellade-Spender-Option, die das Energie liefernde Fahrzeug und das Energie empfangende Fahrzeug mit einem Schnellade-Spender verbindet. Eine Customer-to-Customer-Option, bei der ein Kabel, das entweder vom Energie liefernden Fahrzeug oder vom Energie empfangenden Fahrzeug bereitgestellt wird, zwischen einem ersten Batteriesystem des Energie liefernden Fahrzeugs und einem zweiten Batteriesystem des Energie empfangenden Fahrzeugs angeschlossen wird. Eine Business-to-Business-Option identifiziert einen Standort des energieempfangenden Fahrzeugs relativ zu einem Standort eines oder mehrerer verfügbarer, ladungsfähiger Fahrzeuge einschließlich des energieliefernden Fahrzeugs und identifiziert einen geschäftlichen Energiebedarf. Eine Business-to-Customer-Option beinhaltet den Standort des energieempfangenden Fahrzeugs relativ zum Standort eines oder mehrerer verfügbarer ladungsfähiger Fahrzeuge, einschließlich des energieliefernden Fahrzeugs, einen Batteriestatus der ladungsfähigen Fahrzeuge und einen Zielpreis für eine Energiemenge, die von einzelnen der einen oder mehreren verfügbaren ladungsfähigen Fahrzeuge verfügbar ist. Nach Abschluss des Energietransfers wird eine Zahlung elektronisch verarbeitet, und zwar von Geldern auf einem vorbestimmten Konto des Energie empfangenden Fahrzeugs auf ein vorbestimmtes Konto des Energie liefernden Fahrzeugs.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definiert der bidirektionale Aufwärtswandler einen bidirektionalen Fahrzeug-zu-Fahrzeug (V2V)-Aufwärtswandler mit mehreren Phasen, die verschachtelte Ströme erzeugen und dadurch die Filteranforderungen reduzieren.
Gemäß mehreren Aspekten umfasst ein Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs: Identifizieren einer Verfügbarkeit einer Energiemenge, die für die Übertragung von einem ersten Batteriesystem eines ersten batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs (BEV) zu einem zweiten BEV verfügbar ist, unter Verwendung einer Lade-Kommandozentrale, die Daten hat; Bereitstellen einer Energieübertragung zwischen einem ersten Stecker des ersten BEV und einem zweiten Stecker des zweiten BEV unter Verwendung eines Ladeadapters; Kommunizieren von Daten, die einen Batteriesystem-Ladezustand des ersten BEV und einen Batteriesystem-Ladezustand des zweiten BEV identifizieren, unter Verwendung einer V2V-Ladesteuerung; und Auswählen zwischen mehreren verfügbaren Ladeoptionen.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Betreiben der Lade-Kommandozentrale und: das Berechnen eines optimalen gemeinsamen Ortes für das erste BEV und das zweite BEV unter Verwendung der ersten Fahrzeugposition und der zweiten Fahrzeugposition; und das Lenken des ersten BEV und des zweiten BEV zu dem gemeinsamen Ort.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner die Durchführung eines der folgenden Schritte: Verbinden des ersten BEV und des zweiten BEV mit einem Schnellade-Spender; und Verbinden des ersten BEV mit dem zweiten BEV unter Verwendung eines Überbrückungskabels, das entweder von dem ersten BEV oder dem zweiten BEV bereitgestellt wird; und Anpassen einer elektrischen Systemspannung und einer Batterieleistung des ersten BEV an eine elektrische Systemspannung und eine Batterieleistung des zweiten BEV unter Verwendung eines bidirektionalen Abwärtswandlers.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorliegenden Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich von selbst, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur der Veranschaulichung dienen und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Figuren dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Laden eines Elektrofahrzeugs gemäß einem beispielhaften Aspekt;
2 ist eine schematische Ansicht eines Ladeadapters der Vorrichtung von 1;
3 ist eine schematische Darstellung eines einphasigen Umrichters für die Vorrichtung von 1;
4 ist eine schematische Darstellung eines zweiphasigen Wandlers der Vorrichtung aus 1;
5 ist eine schematische Darstellung eines mehrphasigen Wandlers für die Vorrichtung von 1; und
6 ist ein Flussdiagramm von Verfahrensschritten zum Betrieb der Vorrichtung von 1.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
Bezug nehmend auf 1 bietet eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs 10 eine Zwei-Wege-Technologieplattform, um das Laden eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs (BEV) von mehreren verschiedenen Ladequellen zu erleichtern. In einem ersten Schritt pingt ein erstes BEV 12 eine Lade-Kommandozentrale 14 mit Daten an, die die Verfügbarkeit einer Energiemenge 16 angeben, die für die Übertragung von einem ersten Batteriesystem 18 des ersten BEV 12 zu einem anderen BEV verfügbar ist. Die Energiemenge 16 kann zum Beispiel etwa 10 kWh betragen. Eine erste Fahrzeugposition 20, z. B. eine GPS-Koordinatenposition des ersten BEV 12, wird ebenfalls automatisch an die Lade-Kommandozentrale 14 übermittelt.
Ebenfalls während des ersten Schritts pingt ein zweites BEV 22 die Lade-Kommandozentrale 14 an und identifiziert, dass das zweite BEV 22 einen niedrigen Energiezustand 24 in einem zweiten Batteriesystem 26 des zweiten BEV 22 aufweist. Ein angefordertes Energieniveau 28, das erforderlich ist, um die Fahrt zu einem vorbestimmten Ziel für das zweite BEV 22 abzuschließen, wird ebenfalls übermittelt. Das angeforderte Energieniveau 28 kann zum Beispiel etwa 8 kWh betragen. Eine zweite Fahrzeugposition 30, z. B. eine GPS-Koordinatenposition des zweiten BEV 22, wird ebenfalls automatisch an die Steckdosen-Zentrale 14 übermittelt.
Nach Erhalt der obigen Daten identifiziert die Lade-Kommandozentrale 14 in einem zweiten Schritt, welcher der drei Ladevorgänge einen optimalen Vorgang zur Übertragung der verfügbaren Energiemenge 16 vom ersten BEV 12 auf das zweite BEV 22 darstellt.
Als erste Option wird ein erster Ladevorgang 32 durchgeführt, indem zunächst sowohl das erste BEV 12 als auch das zweite BEV 22 zu einer Schnellladestation 34 geleitet werden. Die Schnellladestation 34 stellt keine Ladeenergie zur Verfügung, wie dies bei bekannten DC-Schnellladestationen (DCFC) der Fall ist. Die Schnellladestation 34 bietet die notwendige Energieübertragungseinrichtung, um die Energieübertragung zwischen dem ersten BEV 12 und dem zweiten BEV 22 zu regeln. An der Schnellladestation 34 wird ein von der Schnellladestation 34 bereitgestelltes Ladekabelset 36, das bei Bedarf durch ein vom ersten BEV 12 oder dem zweiten BEV 22 bereitgestelltes Ladebrückenkabel ergänzt wird, mit den Fahrzeugen und der Schnellladestation 34 verbunden. Damit wird die Energieübertragung vom ersten BEV 12 auf das zweite BEV 22 eingeleitet. Die unter Bezugnahme auf 3 beschriebene Steuereinrichtung in einem Ladeadapter des ersten BEV 12 oder des zweiten BEV 22 steuert die Energieübertragung, bis der volle Betrag des angeforderten Energieniveaus 28 übertragen ist.
Als zweite Option wird ein zweiter Ladevorgang 32 durchgeführt, indem zunächst anhand der ersten Fahrzeugposition 20 und der zweiten Fahrzeugposition 30 ein optimaler gemeinsamer Ort 40 für beide Fahrzeuge berechnet wird und das erste BEV 12 und das zweite BEV 22 zu dem gemeinsamen Ort 40 geleitet werden. Bei Ankunft am gemeinsamen Standort 40 wird ein Überbrückungskabel 42, das von einem der beiden Fahrzeuge, dem ersten BEV 12 oder dem zweiten BEV 22, bereitgestellt wird, zwischen dem ersten Batteriesystem 18 des ersten BEV 12 und dem zweiten Batteriesystem 26 des zweiten BEV 22 angeschlossen. Die unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Steuereinrichtung in einem Ladeadapter des ersten BEV 12 oder des zweiten BEV 22 steuert die Energieübertragung, bis der volle Betrag des angeforderten Energieniveaus 28 übertragen ist.
Als dritte Option wird ein dritter Ladevorgang 44 durchgeführt, indem zunächst die erste Fahrzeugposition 20 und die zweite Fahrzeugposition 30 verwendet werden, um einen optimalen gemeinsamen Standort 40 zu berechnen und sowohl das erste BEV 12 als auch das zweite BEV 22 zu dem gemeinsamen Standort 40 zu leiten. Es wird darauf hingewiesen, dass das erste BEV 12 durch ein BEV 46 ersetzt werden kann, da das BEV 46 beispielsweise ein Nutzfahrzeug wie ein Taxi, ein LKW, ein Transporter, ein gewerblich genutztes Fahrzeug wie ein Automobil oder ähnliches sein kann. Bei Ankunft am gemeinsamen Standort 40 wird ein Überbrückungskabel 42, das von einem der ersten BEV 12 oder dem BEV 46 oder dem zweiten BEV 22 bereitgestellt wird, zwischen dem ersten Batteriesystem 18 des ersten BEV 12 oder des BEV 46 und dem zweiten Batteriesystem 26 des zweiten BEV 22 angeschlossen. Die unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Steuereinrichtung in einem Ladeadapter des ersten BEV 12 bzw. des BEV 46 oder im zweiten BEV 22 steuert die Energieübertragung, bis der volle Betrag des angeforderten Energieniveaus 28 übertragen ist. Nach Abschluss der Energieübertragung wird eine Zahlung 48 elektronisch von einem Guthaben auf einem vorbestimmten Konto des Betreibers des zweiten BEV 22 auf ein vorbestimmtes Konto des ersten BEV 12 überwiesen.
Bezug nehmend auf 2 und wieder auf 1 sieht ein Energieübertragungsteil der Vorrichtung und des Verfahrens zum Laden eines Elektrofahrzeugs 10, der einen Ladeadapter 50 definiert, eine Energieübertragung zwischen einem ersten Stecker 52, der mit dem Energie liefernden Fahrzeug verbunden ist, das das erste BEV 12 definiert, und einem zweiten Stecker 54, der mit dem Energie empfangenden Fahrzeug verbunden ist, das das zweite BEV 22 definiert, vor. Der Ladeadapter 50 umfasst ein erstes Energieübertragungskabelpaar 56, das mit dem ersten Stecker 52 und mit einem bidirektionalen Abwärtswandler 58 verbunden ist, der für die Anpassung der elektrischen Systemspannung und Batterieleistung des ersten BEV 12 an die elektrische Systemspannung und Batterieleistung des zweiten BEV 22 sorgt. Der bidirektionale Aufwärtswandler 58 ist mit dem zweiten Stecker 54 über ein zweites Energieübertragungskabelpaar 60 verbunden. Gemäß mehreren Aspekten definiert der bidirektionale Abwärtswandler 58 einen bidirektionalen Fahrzeug-zu-Fahrzeug (V2V)-Abwärtswandler mit mehreren Phasen, die verschachtelte Ströme erzeugen, wodurch die Filterungsanforderungen reduziert werden.
Ein Steuergerät 62 des Ladeadapters 50 sorgt für die Kommunikation zwischen dem ersten Stecker 52 und dem zweiten Stecker 54. Gemäß mehreren Aspekten kann die Steuerung 62 entweder mit einer Fahrzeugsteuerung oder einer vom Kraftfahrzeug entfernten Kommandozentrale oder sowohl mit der Fahrzeugsteuerung als auch mit der Kommandozentrale gleichzeitig kommunizieren. Das Steuergerät 62 ermöglicht die Überwachung von Energieanalysen und die Steuerung der Energieübertragung zwischen dem ersten BEV 12 und dem zweiten BEV 22. Eine Kommunikationsverbindung 64 verbindet den ersten Stecker 52 mit dem Controller 62, und eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Verbindung 66 verbindet den Controller 62 mit dem zweiten Stecker 54.
Unter Bezugnahme auf 3 und erneut auf 2 kann ein Ladeteil der Vorrichtung und des Verfahrens zum Laden eines Elektrofahrzeugs 10, der eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug (V2V)-Ladesteuerung 68 definiert, mit dem ersten BEV 12 und dem zweiten BEV 22 unter Verwendung des Ladekabels 36 oder des Überbrückungskabels 42 verbunden werden. Die V2V-Ladesteuerung 68 ist für die drahtlose Kommunikation der Daten ausgestattet, die für die Identifizierung des Batteriesystemladezustands des ersten BEV 12 und des Batteriesystemladezustands des zweiten BEV 22 erforderlich sind. Die V2V-Ladesteuerung 68 kann eine Standard- oder eine optionale Komponente sein, die mit einem oder beiden, dem ersten BEV 12 und dem zweiten BEV 22, ausgestattet ist.
Gemäß mehreren Aspekten umfasst die V2V-Ladesteuerung 68 einen einphasigen V2V-Bidirektionalen Wandler. Der einphasige V2V-Bi-Richtungswandler kann eine einphasige V2V-Ladeschaltung 70 zur Übertragung von Energie von einem ersten Batteriepaket 72 des ersten BEV 12 zu einem zweiten Batteriepaket 74 des zweiten BEV 22 enthalten.
Gemäß mehreren Aspekten kann die V2V-Ladesteuerung 68 eine Wärmeabfuhrvorrichtung 75 umfassen, die gemäß mehreren Aspekten einen Lüfter oder eine Kombination von Lüftern/Kühlkörpern definieren kann, der/die sich auf einer Oberfläche des bidirektionalen V2V-Wandlers befindet, um Wärme aus dem bidirektionalen V2V-Wandler abzuführen. Gemäß mehreren Aspekten sind die V2V-Ladesteuerung 68 und die einphasige V2V-Ladeschaltung 70 für einen Betriebsspannungsbereich von 150 VDC bis zu etwa 1200 VDC ausgelegt.
Bezug nehmend auf 4 und wieder auf 3, enthält die V2V-Ladesteuerung 68 gemäß mehreren Aspekten einen zweiphasigen V2V-Bi-Richtungswandler. Der zweiphasige bidirektionale V2V-Wandler kann eine zweiphasige V2V-Ladeschaltung 76 zur Übertragung von Energie von einem ersten Batteriesatz 78 des ersten BEV 12 zu einem zweiten Batteriesatz 80 des zweiten BEV 22 umfassen.
Nach mehreren Aspekten sind die V2V-Ladesteuerung 68 und die zweiphasige V2V-Ladeschaltung 76 für einen Betriebsspannungsbereich von 150 VDC bis zu etwa 1200 VDC ausgelegt.
Bezug nehmend auf 5 und erneut auf 3 und 4, umfasst die V2V-Ladesteuerung 68 gemäß mehreren Aspekten einen mehrphasigen V2V-Bi-Richtungswandler. Der mehrphasige bidirektionale V2V-Wandler umfasst eine mehrphasige V2V-Ladeschaltung 82, die eine dreiphasige V2V-Ladeschaltung zum Übertragen von Energie von einem ersten Batteriepaket 84 des ersten BEV 12 zu einem zweiten Batteriepaket 86 des zweiten BEV 22 definieren kann. Gemäß mehreren Aspekten sind die V2V-Ladesteuerung 68 und die mehrphasige V2V-Ladeschaltung 82 für einen Betriebsspannungsbereich von 150 VDC bis zu etwa 1200 VDC ausgelegt.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 3, 4 und 5 können der einphasige V2V-Ladeschaltkreis 70, der zweiphasige V2V-Ladeschaltkreis 76 und der dreiphasige V2V-Ladeschaltkreis 82 durch das Hinzufügen einer Kühleinrichtung, wie z. B. Kühlrippen (nicht dargestellt) oder ein eigenständiges Wärmemanagementsystem, wie z. B. die Wärmeabfuhrvorrichtung 75, gekühlt werden.
Unter Bezugnahme auf 6 und erneut auf die 1 bis 5 identifiziert ein Systemflussdiagramm 88 beispielhafte Verfahrensschritte, die von dem System 10 der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden. In einem Startschritt 90 initiiert der Kunde oder Betreiber des zweiten BEV 22, der eine Energieladung für das zweite BEV 22 wünscht, den Betrieb des Systems. In einem Identifikationsschritt 92 gibt der Kunde dann eine Anzahl benötigter Fahrtkilometer 94 und eine dem Kunden zur Verfügung stehende Ladezeit 96, beispielsweise eine Zeit in Minuten, ein.
In einem Berechnungsschritt 98 berechnet die Systemsteuerung 62 eine Energiemenge 100, die zum Laden des zweiten Batteriesystems 26 des zweiten BEV 22 erforderlich ist, basierend auf der Anzahl der benötigten Fahrkilometer 94. Die erforderliche Energiemenge 100 basiert zum Teil auf den Parametern des zweiten Batteriesystems 26 des zweiten BEV 22, einschließlich einer Batteriespannung 102, einem Batterieladezustand 104 und einer verfügbaren Laderate 106.
In einem Kommunikationsschritt 108 identifiziert die Systemsteuerung 62 drahtlos verfügbare Schnellade-Optionen basierend auf einem Standort des zweiten Fahrzeugs 110, einer Energieversorgung 112 von einer oder mehreren verfügbaren Ladeoptionen für das zweite BEV 22 und der Verfügbarkeit eines Ladeanschlusses 114.
Die Systemsteuerung 62 pingt die verfügbaren Ladeoptionen an. Gemäß mehreren Aspekten können die verfügbaren Ladeoptionen eine Schnellade-Spender-Option 116, eine Customer-to-Customer-Option 118, eine Kunde-zu-Geschäft-Option 120 und eine Geschäft-zu-Kunde-Option 122 umfassen.
Für die Schnellade-Spender-Option 116 wird eine Anzahl von verfügbaren Ladesteckern 124 identifiziert. Darüber hinaus wird eine Anzahl verfügbarer Ladesteckplätze 126 identifiziert. Gemäß mehreren Aspekten kann ein Schnellade-Spender für die Schnellade-Spender-Option 116 ein Ladeanschlusskasten oder ein Spender sein, der auf Anforderung ein Kabel für eine vorbestimmte Menge pro Stunde oder pro Tag bereitstellt.
Für die Customer-to-Customer-Option 118 werden der Standort des zweiten Fahrzeugs 110 relativ zu einem Standort 128 eines oder mehrerer verfügbarer ladefähiger Fahrzeuge 130 wie dem ersten BEV 12 und ein Batteriestatus 132 der ladefähigen Fahrzeuge 128 identifiziert.
Für die Customer-to-Business-Option 120 werden der Standort des zweiten Fahrzeugs 110 relativ zum Standort 128 eines oder mehrerer verfügbarer, ladungsfähiger Fahrzeuge 130 wie dem ersten BEV 12 und ein geschäftlicher Energiebedarf 134 ermittelt.
Für die Business-to-Customer-Option 122 werden der Standort des zweiten Fahrzeugs 110 relativ zum Standort 128 eines oder mehrerer verfügbarer ladefähiger Fahrzeuge 130 wie des ersten BEV 12 und der Batteriestatus 132 der ladefähigen Fahrzeuge 130 sowie ein Zielpreis 136 der verfügbaren Energie ermittelt.
Die Ergebnisse des Kommunikationsschritts 108 werden in einem Übertragungsschritt 138 drahtlos in die Lade-Kommandozentrale 14 übertragen. Die Schnelllade-Kommandozentrale 14 steht Kunden zur Verfügung, die sich für die Vorrichtung und das Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs 10 entscheiden. Die Schnelllade-Kommandozentrale 14 bietet Verarbeitungsmöglichkeiten für die folgenden Verarbeitungs- und Berechnungsschritte.
In einem Verarbeitungsschritt 140 identifiziert die Schnelllade-Kommandozentrale 14 eine optimale Energiequelle für das Kundenfahrzeug 142, die auf dem Zielpreis 136 der verfügbaren Energie, der für den Kunden verfügbaren Ladezeit 96, einer Verfügbarkeit sowohl des zweiten BEV 22 als auch der einen oder mehreren verfügbaren Ladeoptionen 116, 118, 120 122 sowie weiteren Merkmalen basiert. Während des Verarbeitungsschritts 140 werden auch mehrere Berechnungen durchgeführt, um eine Ladeabschlusszeit 144, einen Ladepreis 146, einen CO₂-Fußabdruck 148 und Ähnliches zu ermitteln.
In einem Übertragungsschritt 150 werden die Ergebnisse des Verarbeitungsschritts 140, der die Schnellladeoptionen definiert, an das zweite BEV 22 übertragen, um eine Zustimmung oder Ablehnung des Kunden anzufordern, wenn ein Ladevorgang durchgeführt werden soll.
In einem Genehmigungsschritt 152 stimmt der Kunde im zweiten BEV 22 der Fortsetzung eines Ladevorgangs entweder zu oder lehnt ihn ab. Wenn während des Genehmigungsschritts 152 eine durch ein Genehmigungssignal 154 definierte Genehmigung gesendet wird, wird ein Schnellsteckverfahren 156 mit Versandgenehmigung eingeleitet. Wenn während des Genehmigungsschritts 152 eine durch ein Ablehnungssignal 158 definierte Ablehnung gesendet wird, kehrt das Programm in einem Rückgabeschritt 160 zu einem Haupteingabemenü zurück, in dem der Kunde des zweiten BEV 22 einen neuen Satz von Präferenzen eingeben kann.
Der Ladeadapter 50 umfasst den kompakten DC-DC-Wandler 58 und den Systemcontroller 62. Die V2V-Ladesteuerung 68 ermöglicht das Peer-to-Peer-Laden (P2P).
Der DC-DC-Wandler 58 ist ein hocheffizienter DC-DC-Wandler mit einem Wirkungsgrad von bis zu 100 kW und bis zu 1200 VDC, der mit fortschrittlichen Kühltechniken wie einem eigenständigen Wärmemanagementsystem gekoppelt ist.
Die Systemsteuerung 62 sorgt für die Kommunikation mit mehreren Fahrzeugen und authentifiziert eine Anfrage des zweiten BEV 22 und verwaltet ein Ladeereignis zur Übertragung von Energie von einem Host-Fahrzeug, das das erste BEV 12 definiert, zu dem Kundenfahrzeug, das das zweite BEV 22 definiert.
Gemäß mehreren Aspekten können die Systemsteuerung 62 und die V2V-Ladesteuerung 68 einen oder mehrere Prozessoren enthalten, die in beispielhaften Aspekten Mikroprozessoren sind. Die Prozessoren können sich in beispielhaften Aspekten in einem Computer befinden, der unabhängig von der Systemsteuerung 62 oder der V2V-Ladesteuerung 68 ist, oder in der Cloud. Die Prozessoren können verteilte oder parallele Verarbeitungsprotokolle ausführen und können beispielsweise anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ein programmierbares Gate-Array einschließlich eines feldprogrammierbaren Gate-Arrays, einen Digitalsignalprozessor oder einen Front-End-Prozessor umfassen. Die Prozessoren können auch Informationen enthalten oder darauf zugreifen, die in einem Speicher gespeichert sind, mit dem die Prozessoren individuell operativ gekoppelt sind. Unter Speicher versteht man eine physikalische Vorrichtung, die in der Lage ist, Informationen temporär zu speichern, wie z. B. im Falle eines Direktzugriffsspeichers, oder permanent, wie z. B. im Falle eines Festwertspeichers.
Zu den repräsentativen physischen Geräten gehören Festplattenlaufwerke, Solid-State-Laufwerke, optische Datenträger oder Speicher, auf die über die Cloud über Netzwerke zugegriffen werden kann.
Die bidirektionale Technologieplattform der vorliegenden Offenlegung erleichtert das Laden durch die Identifizierung einer optimalen Lademethode. Ein Ladeadapter besteht aus einem ultrakompakten bidirektionalen DC-DC-Wandler und intelligenten Ladesteuerungen. Das System der vorliegenden Offenlegung wertet dynamisch Lademethoden über Data Mining Fahrzeuginformationen und Kundenpräferenzen in Echtzeit aus.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs 10 der vorliegenden Offenlegung bietet mehrere Vorteile. Dazu gehören eine Technologieplattform und ein Ladeadapter, die ein Peer-to-Peer-Laden von Fahrzeugen ermöglichen. Dies erschließt den potenziellen BEV-Kundenstamm in Ermangelung einer allgegenwärtigen Verfügbarkeit von Ladestationen und schafft neue Einnahmequellen.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung hat lediglich beispielhaften Charakter, und Variationen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sind als im Rahmen der vorliegenden Offenbarung liegend zu betrachten. Solche Variationen sind nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.

Claims

Eine Vorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeugs, umfassend: eine Lade-Kommandozentrale, die sich in einer Cloud befindet und die Anwendungs-Software und Daten, die eine Verfügbarkeit einer Energiemenge identifizieren, die zur Übertragung von einem ersten Batteriesystem eines ersten batterieelektrischen Fahrzeugs, BEV, zu einem zweiten BEV verfügbar ist; einem Ladeadapter, der für die Energieübertragung zwischen einem ersten Stecker des ersten BEV und einem zweiten Stecker des zweiten BEV, und eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug, V2V,-Ladesteuerung mit Lademanagement-Algorithmen, die entweder in einen Gleichspannungswandler oder in ein Kraftfahrzeug integriert sind und Daten übermitteln, die einen ersten Batteriesystem-Ladezustand des ersten BEV und einen zweiten Batteriesystem-Ladezustand des zweiten BEV identifizieren und zwischen mehreren verfügbaren Ladeoptionen auswählen.
Die Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeugs nach Anspruch 1, wobei die mehreren verfügbaren Ladeoptionen eine Schnellade-Spender-Option umfassen, die das erste BEV und das zweite BEV mit einem Schnellade-Spender verbindet, wobei der Schnellade-Spender in einer Ladeanschlussdose oder in einem Spender mit einem Kabel auf Anforderung für eine vorbestimmte Menge pro Stunde oder pro Tag bereitgestellt wird.
Die Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeugs nach Anspruch 2, wobei für die Schnellade-Spender-Option eine Anzahl verfügbarer Ladestecker und eine Menge verfügbarer Ladeschächte identifiziert wird.
Die Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeugs nach Anspruch 1, wobei die mehreren Ladeoptionen eine Customer-to-Customer-Option umfassen, die das erste BEV direkt mit dem zweiten BEV verbindet, wobei ein Ladeadapter verwendet wird, der ein Ladekabel definiert, bei dem der Gleichspannungswandler, der von einem von dem ersten BEV oder dem zweiten BEV bereitgestellt wird, zwischen einem ersten Batteriesystem des ersten BEV und einem zweiten Batteriesystem des zweiten BEV angeschlossen ist.
Die Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeugs nach Anspruch 4, wobei die Customer-to-Customer-Option ferner einen Standort des zweiten BEV relativ zu einem Standort eines oder mehrerer verfügbarer, aufladbarer Fahrzeuge, einschließlich des ersten BEV, und einen Batteriestatus der aufladbaren Fahrzeuge umfasst.
Die Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeugs nach Anspruch 4, die ferner eine Steuereinrichtung des Ladeadapters enthält, der mit einem der ersten BEV oder dem zweiten BEV versehen ist, die eine Energieübertragung steuert, bis eine volle Menge eines angeforderten Energieniveaus von dem ersten BEV zu dem zweiten BEV übertragen ist.
Die Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeugs nach Anspruch 1, wobei die mehreren Ladeoptionen eine Kunden-zu-Unternehmen-Option umfassen, die einen Standort des zweiten BEV relativ zu einem Standort eines oder mehrerer verfügbarer Ladefahrzeuge einschließlich des ersten BEV identifiziert und einen geschäftlichen Energiebedarf identifiziert.
Die Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeugs nach Anspruch 1, wobei die mehreren Aufladeoptionen eine Business-to-Customer-Option umfassen, die einen Standort des zweiten BEV relativ zu einem Standort eines oder mehrerer verfügbarer aufladbarer Fahrzeuge einschließlich des ersten BEV, einen Batteriestatus der aufladbaren Fahrzeuge und einen Zielpreis der verfügbaren Energiemenge einschließt.
Die Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeugs nach Anspruch 1, wobei der Ladeadapter einen bidirektionalen Aufwärtswandler definiert, der eine elektrische Systemspannung und eine Batterieleistung des ersten BEV an eine elektrische Systemspannung und eine Batterieleistung des zweiten BEV anpasst.
Die Vorrichtung zum Laden des Elektrofahrzeugs nach Anspruch 1, wobei die V2V-Ladesteuerung für einen Betriebsspannungsbereich zwischen 150 VDC bis zu etwa 1200 VDC angepasst ist und Ladesteuerungen und eines von aufweist: ein einphasiger, bidirektionaler V2V-Wandler; einen zweiphasigen, bidirektionalen V2V-Wandler; einen dreiphasigen, bidirektionalen V2V-Wandler; und einen mehrphasigen, bidirektionalen V2V-Wandler.