DE102021111945A1

DE102021111945A1 - Host-system mit wechselstrom-ladeeingang und verfahren zur identifizierung eines daran angeschlossenen elektrischen gerätes

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Publication number: DE102021111945A1
Application number: DE102021111945.6A
Authority: DE
Inventors: Douglas S. Cesiel; Jacob A. St George; Brandon R. Jones; Aniket P. Kothari; Patricia M. Laskowsky; Bryan M. Ludwig; Bryan T. Sauter; Giovanni Spoleti; Jack M. Williams; BO Xie; Matthew A. Thomas
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-06-15
Also published as: CN114633704B; US11548402B2; US20220185137A1; CN114633704A

Abstract

Eine Steuerung eines Host-Systems führt ein Verfahren zur Erkennung eines externen elektrischen AC-Geräts aus. Während ein Wechselstrom-Ladeeingang des Host-Systems über verschiedene Vehicle-to-Live- (V2L) und Jump-Charge-Verbindungen elektrisch mit dem Gerät verbunden ist, erfasst die Steuerung eine Steuer-Pilotspannung und eine Näherungsspannung. Wenn die Steuer-Pilot-Spannung 0 V beträgt, bestimmt die Steuerung, ob die Eingangsbedingungen erfüllt sind, was auf den Wunsch hinweist, Strom vom Host-System an das Gerät abzugeben. Wenn die Eingangsbedingungen erfüllt sind, werden die Näherungs- oder Steuer-Pilotspannung moduliert, um ein moduliertes Spannungssignal zu erzeugen, das die Steuerung mit einer erwarteten Spannung vergleicht, die für das Gerät kennzeichnend ist. Wenn das modulierte Spannungssignal mit der erwarteten Spannung übereinstimmt, wird Energie an das Gerät abgegeben.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Host-System mit einem Wechselstrom (AC)-Ladeeingang und insbesondere auf zugehörige Verfahren zur automatischen Erkennung und Identifizierung eines an den Ladeeingang angeschlossenen elektrischen AC-Geräts. Die automatische Erkennung und Identifizierung des angeschlossenen elektrischen Geräts, das, wie hierin dargelegt, verschiedene Konstruktionen und Spannungsanforderungen aufweisen kann, erfolgt vor dem Entladen von Strom aus einem wiederaufladbaren Energiespeichersystem (RESS) des Host-Systems an das angeschlossene elektrische Gerät. In den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen, die hier im Detail beschrieben werden, ist das Host-System ein Kraftfahrzeug oder eine andere mobile Plattform mit einem elektrifizierten Antriebsstrang, der Strom aus dem RESS bezieht. Der Einfachheit halber wird das Host-System daher hier austauschbar als Host-Fahrzeug bezeichnet, ohne die vorliegende Offenbarung auf mobile Systeme im Allgemeinen oder Kraftfahrzeuge im Besonderen zu beschränken.
Wie im Stand der Technik bekannt, kann das automatische Laden der elektrochemischen Batteriezellen eines Antriebsbatteriepakets, das ein Kernstück des oben genannten RESS ist, unter Verwendung einer Offboard-Ladestation für elektrische Fahrzeugversorgungsgeräte (EVSE) durchgeführt werden. Zu diesem Zweck ist das Host-Fahrzeug normalerweise mit dem oben erwähnten AC-Ladeeingang ausgestattet, der wiederum an einer zugänglichen Stelle an einer Karosserie des Host-Fahrzeugs angeordnet ist. Die Ladeanschlüsse des Ladeeingangs sind so konfiguriert, dass sie die entsprechenden Ladestifte eines EVSE-Ladesteckers aufnehmen und mit diesen in Eingriff kommen, wobei der Stecker über ein elektrisches Kabel mit der oben genannten Ladestation verbunden ist. In Nordamerika wird ein solcher Stecker typischerweise als fünfpoliger SAE J1772-Ladestecker ausgeführt, bei dem die fünf Stifte einer Klemme für Leitung 1 (L1), einer Klemme für Leitung 2/Neutralspannung (L2/N), einer Erdungsklemme (G), einer Klemme für 0-12 V Steuerspannung (CP) und einer Klemme für 0-5 V Näherungsspannung (PRX) entsprechen. In anderen geografischen Regionen können jedoch entsprechend den jeweiligen Ladestandards andere Pin-Anordnungen verwendet werden.
Während routinemäßiger Batterieladevorgänge, bei denen die Antriebsbatterie des Host-Fahrzeugs aktiv geladen wird, bleibt das Host-Fahrzeug über den verriegelten Eingriff des EVSE-Ladesteckers und die Gegenstruktur des AC-Ladeeingangs sicher mit der externen EVSE-Ladestation verbunden. Wenn jedoch der aktive Ladevorgang beendet ist oder die Batterie nicht entladen wird, um eine elektrische Last an Bord zu versorgen, bleibt die in den einzelnen Batteriezellen der Batterie/RESS gespeicherte elektrische Energie als potenzielle Energiequelle verfügbar. Wenn jedoch ein externes elektrisches Wechselstromgerät an den Ladeeingang angeschlossen wird, ist dem Host-Fahrzeug die Identität des angeschlossenen Geräts nicht bekannt, was wiederum nachfolgende Entscheidungen zur Steuerung der Leistungsabgabe erschwert.
BESCHREIBUNG
Die hier bereitgestellten Hardware- und Softwarelösungen ermöglichen die automatische Erkennung und Identifizierung eines extern angeschlossenen elektrischen Wechselstromgeräts (AC) eines von zwei Typen: (1) eine Vehicle-to-Live (V2L)-Ladeanschlussbox mit einem zugehörigen V2L-Kabelsatz und Endsteckern, die zusammen eine V2L-Verbindung bilden, oder (2) ein Starthilfe-Ladekabelsatz, der an einem Ende mit einem EVSE-Ladekabelsatz verbunden ist, wobei die beiden Kabelsätze und ihre Endstecker zusammen eine Starthilfe-Ladeverbindung bilden. Die residente/eigene Steuerlogik zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens befindet sich auf einem elektrifizierten Wirtssystem, das selbst ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) oder ein hybridelektrisches Fahrzeug (HEV) in den unten beschriebenen, nicht einschränkenden Ausführungsformen sein kann, oder ein anderes mobiles oder stationäres System mit einem eigenen residenten wiederaufladbaren Energiespeichersystem (RESS). Das RESS des Host-Systems wird hier als ein mehrzelliges Hochspannungs-Antriebsbatteriepaket mit einer Lithium-Ionen-, Nickel-Metallhydrid- oder einer anderen anwendungsgeeigneten elektrochemischen Batteriechemie verkörpert.
AC-Entladezubehör, das in verschiedenen denkbaren Ausführungsformen in den V2L-Lastanschlusskasten eingesteckt werden kann, kann ein nominales 120-V-Mehrphasengerät sein, während der EVSE-Ladekabelsatz und seine Endstecker, die in einem beispielhaften „Starthilfe“-Szenario verwendet werden, typischerweise als ein Gerät mit höherer Spannung konfiguriert sind, z. B. ein nominales 240-V-AC-Gerät. Im Szenario „Startladung“ werden das Startladungskabel-Set und das EVSE-Ladekabel-Set letztendlich dazu verwendet, die entladene Energie vom RESS des Host-Fahrzeugs zu einem erschöpften RESS eines zweiten Elektrofahrzeugs zu leiten, z. B. einem anderen BEV als dem Host-Fahrzeug. Als Ergebnis, wenn eine Steckverbindung mit dem AC-Ladeeingang des Host-Fahrzeugs hergestellt wird, unterscheidet ein Onboard-Controller des Host-Fahrzeugs schnell zwischen dem Anschluss einer Offboard-EVSE-Ladestation, der oben erwähnten V2L-Lastanschlussbox und dem Starthilfe-Ladekabelsatz und EVSE-Ladekabelsatz, wobei die letztere Möglichkeit dem oben erwähnten Starthilfe-Anwendungsfall entspricht.
Die vorliegende Lehre kann ohne weiteres an Bord eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs sowie an Bord von batteriebetriebenen Wasserfahrzeugen, Flugzeugen, Schienenfahrzeugen, mobilen Plattformen, Robotern usw. eingesetzt werden. Da die Mobilität des Systems im Rahmen der vorliegenden Offenbarung nicht unbedingt erforderlich ist, können auch stationäre Systeme, wie z. B. Kraftwerke, gemäß der vorliegenden Lehre gesteuert werden. Zur Veranschaulichung sowie zur Darstellung besonders vorteilhafter Anwendungsfälle wird die vorliegende Lehre jedoch im Zusammenhang mit einem wiederaufladbaren BEV erläutert, ohne die Lehre auf eine solche Konfiguration zu beschränken. Aus diesem Grund wird das Host-System der vorliegenden Offenbarung hier austauschbar als ein Host-Fahrzeug bezeichnet, wie an anderer Stelle oben erwähnt.
Die hier beschriebenen Lösungen sind auf bestimmte Anwendungsfälle ausgerichtet, in denen eine bordeigene rotierende elektrische Maschine des Host-Fahrzeugs kein aktives Drehmoment erzeugt und in denen das RESS des Host-Fahrzeugs nicht geladen wird. Zu solchen Zeiten bleibt die in den Batteriezellen des RESS des Host-Fahrzeugs gespeicherte elektrische Energie für die Versorgung anderer Funktionen verfügbar. Beispielsweise kann es für einen Benutzer des Host-Fahrzeugs zu bestimmten Zeiten nützlich sein, die Möglichkeit zu haben, eines der oben beschriebenen elektrischen Wechselstromgeräte an den Wechselstrom-Ladeeingang anzuschließen und nach erfolgreicher Identifizierung des angeschlossenen Geräts mit dem vorliegenden Verfahren Strom vom RESS an das extern angeschlossene elektrische Wechselstromgerät abzugeben.
Ein anschauliches Anwendungsszenario ist das des „tailgating“ oder Campings. In einem solchen Szenario möchte der Benutzer möglicherweise vorübergehend eine beliebige Anzahl von AC-Entladezubehörteilen mit Strom versorgen, wie z. B. einen Elektrogrill, einen oszillierenden Ventilator, Lampen, ein Radio oder einen Fernseher. Solches AC-Entladezubehör könnte über den V2L-Kabelsatz und die Endstecker in die V2L-Lastanschlussbox eingesteckt und anschließend über das RESS des Host-Fahrzeugs mit Strom versorgt werden. In ähnlicher Weise könnte eine Situation entstehen, in der ein Benutzer eines anderen/sekundären Elektrofahrzeugs einen entladenen Batteriezustand erlebt, der eine Starthilfe-Ladung erforderlich macht. Der Benutzer des Host-Fahrzeugs kann in diesem speziellen Anwendungsfall helfen, indem er den AC-Ladeeingang des Host-Fahrzeugs mit einem entsprechenden AC-Ladeeingang des sekundären Elektrofahrzeugs verbindet. Diese Verbindung wird hier mit einem speziellen Starthilfe-Ladekabelsatz und einem EVSE-Ladekabelsatz hergestellt, die Ende-zu-Ende verbunden sind. In jedem dieser beispielhaften Anwendungsfälle wird zunächst eine elektrische Verbindung zwischen dem AC-Ladeeingang des stromliefernden Host-Fahrzeugs und dem externen AC-Elektrogerät hergestellt, dessen Identität dann automatisch von einer Steuerung des Host-Fahrzeugs ermittelt wird, bevor Strom vom RESS an das angeschlossene AC-Elektrogerät abgegeben wird.
Sobald die externe elektrische Verbindung hergestellt ist, ermöglicht die vorliegende hardware- und softwarebasierte Steuerungsstrategie zusammen einem Vehicle Integrated Control Module (VICM) oder einem anderen geeigneten Onboard-Controller des Host-Fahrzeugs die automatische Unterscheidung zwischen den verschiedenen Arten von elektrischen AC-Geräten. Die Identifizierung des jeweiligen Geräts erfolgt hier automatisch unter Verwendung vorhandener Spannungssignale, die gezielt moduliert oder variiert werden, wie hier dargelegt, wobei die Annäherungsspannung und die Steuer-Pilot-Spannung zwei mögliche Kandidaten-Spannungssignale sind, die von der Steuerung im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ausgewertet werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Erkennen eines extern angeschlossenen elektrischen Wechselstromgeräts über ein Host-System mit einem RESS und einem daran angeschlossenen Wechselstrom-Ladeeingang, während der Wechselstrom-Ladeeingang elektrisch mit dem elektrischen Gerät verbunden ist, das Erfassen einer Steuer-Pilotspannung und einer Annäherungsspannung an einem jeweiligen Pilotspannungsanschluss und Annäherungsspannungsanschluss des Wechselstrom-Ladeeingangs. Wenn die Steuer-Pilot-Spannung Null Volt beträgt, beinhaltet das Verfahren die Auswertung über die Steuerung, ob bestimmte Eingangsbedingungen erfüllt sind.
Die Eingangsbedingungen in dieser besonderen Ausführungsform sind ein Hinweis auf den Wunsch eines Benutzers des Host-Systems, Strom vom RESS des Host-Systems an das elektrische AC-Gerät abzugeben. Als Reaktion auf die Erfüllung der Eingangsbedingungen empfängt die Steuerung ein moduliertes Spannungssignal von einem EVSE-Ladestecker eines EVSE-Ladekabelsatzes oder von einem ähnlichen Stecker eines V2L-Kabelsatzes, der mit der oben erwähnten V2L-Lastanschlussdose verbunden ist, je nach Anschluss. Das modulierte Spannungssignal ist eine vorbestimmte Signalvariation der Näherungsspannung und/oder der Steuerpilotspannung. Das Verfahren umfasst dann den Vergleich des modulierten Spannungssignals über die Steuerung mit einer erwarteten Spannung, die eine Identität der externen elektrischen Last anzeigt. Die elektrische Leistung, die vom RESS an das externe elektrische Wechselstromgerät abgegeben wird, wird danach freigegeben, wenn das modulierte Spannungssignal mit der erwarteten Spannung übereinstimmt.
Ein Host-System wird hier ebenfalls offenbart. In einer offengelegten Ausführungsform umfasst das Host-System ein RESS mit einer Vielzahl von Batteriezellen, einen Wechselstrom-Ladeeingang, einen an das RESS angeschlossenen bidirektionalen Wechselrichter, eine Messschaltung und eine Steuerung, die zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens konfiguriert ist. Der Wechselstrom-Ladeeingang hat fünf Spannungsanschlüsse, einschließlich eines Anschlusses für die Spannung der ersten Leitung (L1), eines Anschlusses für die Spannung der zweiten Leitung/Neutralleiter (L2/N), eines Anschlusses für die Spannung der Masse (G), eines Anschlusses für die Steuerspannung (CP) und eines Anschlusses für die Spannung der Nähe (PRX). Der bidirektionale Wechselrichter ist mit dem RESS, der L1-Spannungsklemme und der L2/N-Spannungsklemme verbunden und so konfiguriert, dass er eine Gleichspannung vom RESS in eine Wechselspannung umwandelt und bei Bedarf auch umgekehrt. Der Messkreis ist mit den Spannungsklemmen G, CP und PRX verbunden und so konfiguriert, dass er eine CP-Spannung und eine PRX-Spannung misst.
Die obige Zusammenfassung stellt nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt dieser Offenbarung dar. Vielmehr werden die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung aus der folgenden detaillierten Beschreibung von anschaulichen Beispielen und Modi zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung leicht ersichtlich sein, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Figuren und den beigefügten Ansprüchen betrachtet werden. Darüber hinaus umfasst diese Offenbarung ausdrücklich Kombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines repräsentativen elektrifizierten Host-Systems in Form eines batterieelektrischen Fahrzeugs, das so konfiguriert ist, dass es automatisch ein extern angeschlossenes elektrisches Wechselstromgerät identifiziert und anschließend das angeschlossene Gerät gemäß der Offenbarung mit Strom versorgt.
2 ist eine schematische perspektivische Ansichtsdarstellung eines repräsentativen Ladesteckers für eine elektrische Fahrzeugversorgungseinrichtung (EVSE) gemäß einer Ausführungsform und von Spannungsanschlüssen, die von einem Onboard-Controller des in 1 dargestellten Host-Systems bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens verwendet werden.
3 und 4 zeigen alternative Schaltungstopologien zur Implementierung eines beispielhaften Anwendungsfalls, in dem das extern angeschlossene elektrische AC-Gerät ein AC-Entladezubehör ist, wobei der Anschluss über eine dazwischenliegende Vehicle-to-Live (V2L)-Lastanschlussdose und einen dazugehörigen V2L-Kabelsatz erfolgt.
5 ist eine schematische elektrische Schaltungstopologie für die Implementierung eines Jump-Charge-Anwendungsfalls, bei dem das extern angeschlossene elektrische AC-Gerät einen EVSE-Ladeanschluss und einen zugehörigen Kabelsatz umfasst.
6 ist ein logisches Flussdiagramm, das eine mögliche Ausführungsform eines Steuerverfahrens zur Verwendung an Bord des in 1 gezeigten Host-Systems beschreibt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verwirklicht werden. Repräsentative Beispiele der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und hier im Detail als nicht einschränkende Beispiele der offenbarten Prinzipien beschrieben. Zu diesem Zweck sollten Elemente und Beschränkungen, die in den Abschnitten „Zusammenfassung“, „Einleitung“, „Beschreibung“ und „Detaillierte Beschreibung“ beschrieben, aber nicht ausdrücklich in den Ansprüchen aufgeführt sind, nicht in die Ansprüche aufgenommen werden, weder einzeln noch gemeinsam, weder durch Implikation noch durch Schlussfolgerung noch auf andere Weise.
Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung schließt die Verwendung des Singulars, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen, den Plural ein und umgekehrt, die Begriffe „und“ und „oder“ gelten sowohl im Konjunktiv als auch im Disjunktiv, „jeder“ und „alle“ bedeuten „jeder und alle“, und die Wörter „einschließlich“, „enthaltend“, „umfassend“, „mit“ und dergleichen bedeuten „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können Wörter der Annäherung wie „etwa“, „fast“, „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“ usw. hier im Sinne von „bei, nahe oder fast bei“ oder „innerhalb von 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen“ oder logischen Kombinationen davon verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 ein elektrifiziertes Host-System 10 schematisch in der repräsentativen/nicht einschränkenden Form eines Kraftfahrzeugs mit Straßenrädern 13 dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann das Host-System 10 eine andere Art von mobiler Plattform sein, z. B. ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug, ein Schienenfahrzeug usw. Alternativ kann das Host-System 10 stationär sein, wobei das Host-System 10 in seiner breiten Palette möglicher mobiler oder stationärer Ausführungsformen ein mehrzelliges, wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS-1) 12 umfasst, dessen Energie bei erfolgreicher Erkennung eines elektrischen Wechselstromgeräts 14A oder 14B, wie unten dargelegt, situationsabhängig entladen wird. Aus Gründen der deskriptiven Konsistenz wird das Host-System 10 im Folgenden ohne Einschränkung als Host-Fahrzeug 10 bezeichnet.
Insbesondere könnte die elektrische Energie, die in einer Vielzahl von elektrisch miteinander verbundenen elektrochemischen Batteriezellen 12C (siehe 3-5) des RESS 12 gespeichert ist, situativ für die Verwendung außerhalb des Fahrzeugs verfügbar gemacht werden, wenn das externe elektrische Wechselstromgerät 14A oder 14B nach dem Ermessen eines Benutzers des Host-Fahrzeugs 10 mit Strom versorgt wird. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung könnte beispielsweise das RESS 12, das sich an Bord des Host-Fahrzeugs 10 befindet, selektiv an die elektrische Wechselstromvorrichtung 14A oder 14B angeschlossen werden. Die elektrische Vorrichtung 14A kann als ein oder mehrere verschiedene 120-V-Wechselstrom-Nennentladungszubehörteile 15A, 15B oder 15C konfiguriert sein. Im Gegensatz dazu kann die elektrische Vorrichtung 14B als eine nominale 240V- oder eine andere AC-Entladevorrichtung mit höherer Spannung ausgeführt sein, die letztlich mit einem RESS 112 (RESS-2), z.B. eines elektrifizierten Sekundärfahrzeugs 10A, gekoppelt ist. Somit würden die angeschlossenen AC-Elektrogeräte 14A und 14B, wenn sie von der RESS 12 mit Strom versorgt werden, unterschiedliche Lasten aufweisen und somit unterschiedliche Leistungsregelungsstrategien erfordern. Wenn keine Energie entnommen wird, kann das RESS 12 des Hauptfahrzeugs 10 durch eine externe EVSE-Ladestation (Electric Vehicle Supply Equipment) 16 wieder aufgeladen werden. Variationen der EVSE-Ladestation 16 sind in der Lage, eine AC-Ladespannung (VAC), und möglicherweise eine DC-Ladespannung (nicht dargestellt) oder beides auszugeben, wie es in der Kunst der EV-Ladevorgänge gut verstanden wird.
Das Aufladen eines Elektrofahrzeugs wird nach länderspezifischen Standards durchgeführt, wobei SAE J1772 der relevante nordamerikanische Standard ist, der die erforderliche elektrische Hardware und die Kommunikationsprotokolle festlegt, die bei der Durchführung eines Fahrzeugladevorgangs zu verwenden sind. Während J1772 hier zum Zweck der Veranschaulichung der vorliegenden Lehre und der zugehörigen Spannungsklemmen-/Stiftkonfigurationen innerhalb des nicht einschränkenden beispielhaften Kontexts des Aufladens von Kraftfahrzeugen verwendet wird, d. h., wobei das elektrifizierte Host-System 10 ein Kraftfahrzeug ist und daher im Folgenden als Host-Fahrzeug 10 bezeichnet wird, kann die vorliegende Steuerstrategie für die Verwendung mit anderen relevanten Standards angepasst werden, wie z. B., aber nicht beschränkt auf das Combined Charging System (CCS), CHAdeMO usw.
In Bezug auf das beispielhafte elektrische Wechselstromgerät 14A umfassen relevante Beispiele eine beliebige Anzahl von Geräten, die ein Benutzer des Host-Fahrzeugs 10 gelegentlich mit Strom versorgen möchte, wenn das Host-Fahrzeug 10 nicht in Betrieb ist. In den oben erwähnten Szenarien für den Campingurlaub kann der Benutzer z. B. Strom vom RESS 12 abziehen, um einen Fernseher, eine Leselampe oder einen Haartrockner zu betreiben, wie für die repräsentativen Wechselstrom-Zubehörteile 15A, 15B und 15C gezeigt. Andere mögliche Ausführungsformen des elektrischen Wechselstromgeräts 14A umfassen Radios, oszillierende Ventilatoren, Kühlgeräte, Heizungen, elektrische Grills und dergleichen, und daher sind die dargestellten Beispiele von 1 repräsentativ für den vorliegenden Ansatz und nicht einschränkend.
Zu diesem Zweck befindet sich ein erster Endstecker 18C-1 an einem ersten distalen Ende E1 eines Vehicle-to-Live (V2L)-Kabelsatzes 18, z. B. eines tragbaren elektrischen Steckers J1772 und der zugehörigen elektrischen Verkabelung, wie dargestellt. Eine solche Konfiguration kann verwendet werden, um selektiv Steckdosen oder Anschlüsse eines EVSE/AC-Ladeeingangs 20 des Host-Fahrzeugs 10 mit einer V2L-Lastanschlussdose 22 zu verbinden, die wie hier beschrieben konfiguriert ist. Das elektrische Gerät 14A kann in eine entsprechende Wechselstrom-Steckdose 24 der V2L-Ladeanschlussdose 22 eingesteckt werden, entweder direkt oder unter Verwendung eines Verlängerungskabels (nicht dargestellt), wie durch den Doppelpfeil CC angezeigt. Ein solcher V2L-Kabelsatz 18 umfasst ein erstes und ein zweites distales Ende E1 und E2, wobei das erste distale Ende E1 mit einem ersten Endstecker 18C-1 an den AC-Ladeeingang 20 angeschlossen ist, wie durch den Doppelkopfpfeil AA angedeutet, und das distale Ende E2 mit einem zweiten Endstecker 18C-2 an eine entsprechende Klemmleiste 25 der V2L-Lastanschlussbox 22 angeschlossen ist. Auf diese Weise kann elektrische Energie aus dem RESS 12, der sich an Bord des Host-Fahrzeugs 10 befindet, selektiv für die Stromversorgung des angeschlossenen elektrischen Geräts 14A über die dazwischen liegende V2L-Lastanschlussdose 22 und den dazugehörigen V2L-Kabelsatz 18 verwendet werden.
Ein weiteres Anschlussszenario ist das der Starthilfe-Ladung, das auftritt, wenn der Benutzer des Host-Fahrzeugs 10 den AC-Ladeeingang 20 mit einem Gegenstück des AC-Ladeeingangs 200 verbinden möchte, der sich am Zweitfahrzeug 10A befindet. In diesem Fall können zwei verschiedene Ladekabelsätze verwendet werden, d. h. ein spezieller Starthilfe-Ladekabelsatz 19 und ein EVSE-Ladekabelsatz 180, die jeweils ein erstes und ein zweites distales Ende E1 und E2 haben. Das erste distale Ende E1 des Starthilfekabelsatzes 19 wird in den AC-Ladeeingang 20 des Host-Fahrzeugs 10 eingesteckt, während das zweite distale Ende E2 desselben Kabelsatzes 19 mit dem zweiten distalen Ende E2/Endstecker 180C-2 des EVSE-Ladekabelsatzes 180 verbunden ist. Das erste distale Ende E1 des EVSE-Ladekabelsatzes 180 wird dann mit dem AC-Ladeeingang 200 des Sekundärfahrzeugs 10A verbunden, um die Verbindung des Host-Fahrzeugs 10 mit dem Sekundärfahrzeug 10A zu vervollständigen, wobei der Starthilfekabelsatz 19 in diesem Fall als oder als Teil der elektrischen AC-Vorrichtung 14B fungiert. Der alternative Anschluss des RESS 12 an die elektrischen Verbraucher 14A oder 14B ist in 1 durch den Dreifachpfeil BB schematisch angedeutet.
Für beide Anwendungsfälle ist eine bordeigene Steuerung 50 des Host-Fahrzeugs 10, z.B. ein fahrzeugintegriertes Steuermodul oder VICM, so konfiguriert, dass es das elektrische Wechselstromgerät 14A oder 14B erkennt und identifiziert und anschließend die Entladung des RESS 12 in Übereinstimmung mit vorgegebenen oder vom Benutzer gewählten und/oder berechneten Ladezustandsgrenzen (SOC) begrenzt, die möglicherweise über ein Freigabesignal (Pfeil ENBL) von einem Mobilgerät 11 und/oder einem fahrzeugintegrierten Gerät 17 eingestellt werden. Diese Fähigkeit stellt sicher, dass genügend SOC verbleibt, um das nächste Ziel des Benutzers und/oder eine nächstgelegene EVSE-Ladestation 16 zu erreichen. Um vom Benutzer auswählbare Funktionen zu ermöglichen, möglicherweise einschließlich der selektiven Freigabe der Ausführung eines Verfahrens 100 von 6 durch die Steuerung 50 und/oder der Auswahl der oben erwähnten SOC-Schwellenwerte, die für einen bestimmten Entladevorgang gelten sollen, können Aspekte des Verfahrens 100 als eine computerausführbare Anwendung („App“) 29 kodiert werden, auf die der Benutzer über das Mobilgerät 11, z. B. ein Smartphone, wie dargestellt, und/oder durch Zugriff auf einen Anzeigebildschirm (DISP) 170 des integrierten Geräts 17 des Host-Fahrzeugs 10, wie z. B. einen Touchscreen eines Infotainment- oder Navigationssystems, zugreifen kann. Zu diesem Zweck kann zu den Eingangsbedingungen für die Ausführung des Verfahrens 100 oder für die Ausführung des Verfahrens 100 in einer gewünschten Weise der Empfang des Freigabesignals (Pfeil ENBL) durch die Steuerung 50 gehören.
Noch immer Bezug nehmend auf 1, empfängt die Steuerung 50 Eingangssignale (Pfeil CC_IN) und sendet Ausgangssignale (Pfeil CCo) im Verlauf der Durchführung des Verfahrens 100. Dementsprechend ist die Steuerung 50 so konfiguriert, dass es die obige Verbindung des elektrischen Wechselstromgeräts 14A oder 14B mit dem Wechselstrom-Ladeeingang 20 des Host-Fahrzeugs 10 unter Verwendung des Verfahrens 100, von dem eine nicht begrenzte/beispielhafte Ausführungsform in 6 gezeigt und unten beschrieben ist, genau erkennt. Nach erfolgreicher Erkennung entlädt die Steuerung 50 elektrische Leistung vom RESS 12 an das identifizierte AC-Elektrogerät 14A oder 14B.
Zum Zweck der Ausführung des vorliegenden Verfahrens 100 ist die Steuerung 50 mit anwendungsspezifischen Mengen des flüchtigen und nichtflüchtigen Speichers (M) und einem oder mehreren Prozessor(en) (P), z. B. Mikroprozessoren oder Zentraleinheiten, sowie anderer zugehöriger Hardware und Software ausgestattet, z. B. einem digitalen Taktgeber oder Timer, Eingangs-/Ausgangsschaltungen, Pufferschaltungen, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), Systems-on-a-Chip (SoCs), elektronischen Schaltungen und anderer erforderlicher Hardware, die zur Bereitstellung der programmierten Funktionalität benötigt wird. Die Steuerung 50 steht in Kommunikation mit dem RESS 12 und kennt somit dessen aktuellen SOC, Entfernungen zu verfügbaren EVSE-Ladestationen 16 und mit einer entsprechenden Messschaltung 50L, wie unten unter Bezugnahme auf die 3-5 dargelegt.
Unter kurzer Bezugnahme auf 2 stellen das Verfahren 100 und die Steuerung 50 der vorliegenden Offenbarung eine integrierte Hardware- und Steuerungssoftware-Strategie bereit, die zusammen einem Benutzer des Host-Fahrzeugs 10 von 1 ermöglichen, Energie aus dem RESS 12 zu entladen, wenn das elektrische Wechselstromgerät 14A oder 14B in den Wechselstrom-Ladeeingang 20 eingesteckt und erfolgreich identifiziert wird. In einem EV-Kontext besteht der Hauptzweck des AC-Ladeeingangs 20 darin, eine elektrische Verbindung mit der EVSE-Ladestation 16 von 1 zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist die EVSE-Ladestation 16 üblicherweise mit einem EVSE-Ladestecker ähnlich dem dargestellten Endstecker 18C-1 ausgestattet, der wiederum über ein elektrisches Kabel 21 mit der EVSE-Ladestation 16 gekoppelt ist.
Bei der dargestellten beispielhaften J1772-Konfiguration endet der EVSE-Ladestecker und der hier verwendete Endstecker 18C-1 eine Länge des Kabels 21 an einem Ladegriff 30, wobei der Ladegriff 30 am ersten distalen Ende E1 angeordnet ist. Wie im Stand der Technik bekannt, umfasst ein solcher Ladegriff 30 einen Endstecker 31 mit separaten Stiften für die Spannungsleitungen 1 (L1), 2/Neutralleiter (L2/N) und Erde (G) in einer typischen einphasigen Konfiguration. Zwei zusätzliche Stifte CP und PRX sind enthalten, um eine Steuer-Pilot-Spannung bzw. eine Näherungsspannung zu führen. Ein Verriegelungsknopf oder -auslöser 32 ist auf der Oberseite des Steckergriffs 30 angeordnet, wobei eine ansprechende Verriegelung 34 neben dem Endstecker 31 angeordnet ist. Wenn sie durch den Verriegelungsauslöser 32 aktiviert wird, greift die Verriegelung 34 sicher in die Gegenstruktur des AC-Ladeeingangs 20, der sich am Host-Fahrzeug 10 von 1 befindet, und stellt dadurch sicher, dass der Endstecker 18C-1 während eines Lade- oder Entladevorgangs befestigt bleibt.
Erkennung auf der Grundlage von VCP und VPRX: Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist die in 1 schematisch dargestellte Steuerung 50 so konfiguriert, dass sie die Anweisungen ausführt, die das Verfahren 100 verkörpern, um den Prozessor (P) zu veranlassen, eine Steckverbindung des elektrischen AC-Geräts 14A oder 14B mit dem AC-Ladeeingang 20 automatisch zu erkennen. Da die EVSE-Ladestation 16 ebenfalls im normalen Verlauf des Einleitens eines normalen EV-Ladevorgangs angeschlossen werden könnte, verwendet die Steuerung 50 die residente Logik und die zugehörige Messschaltung 50L der 3, 4 und 5, um die Möglichkeit auszuschließen, dass das angeschlossene externe Gerät tatsächlich die EVSE-Ladestation 16 ist. Darüber hinaus unterscheidet die Steuerung 50 automatisch zwischen den verschiedenen elektrischen Wechselstromgeräten 14A und 14B auf der Grundlage eines eindeutigen modifizierten oder modulierten entsprechenden Spannungssignals, d. h. der Annäherungs- und/oder der Steuerspannungen in verschiedenen Ausführungsformen, mit möglicher Aktivierung des Verriegelungsauslösers 32 von 2.
In den verschiedenen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen würde z. B. eine Verbindung mit der EVSE-Ladestation 16 von 1 zu Spannungssignalen führen, die einer Ladezustandsspannung entsprechen, was außerhalb des Rahmens der vorliegenden Offenbarung liegt. Ein Anschluss an die V2L-Lastanschlussdose 22 von 1 führt jedoch zu einem anderen zweiten modulierten Spannungssignal, wie es hier offengelegt ist. Ebenso führt der Anschluss des elektrischen Wechselstromgeräts 14B mit höherer Spannung in einem Schnellladeszenario zu einem dritten modulierten Spannungssignal, wobei die erste, zweite und dritte modulierte Spannung jeweils eindeutig sind, um der Steuerung 50 zu ermöglichen, schnell und genau zwischen ihnen zu unterscheiden, bevor der Stromfluss zum oder vom RESS 12 freigegeben wird.
Durch die Verwendung der repräsentativen Schaltungstopologien der 3, 4 und 5 gemäß dem in 6 gezeigten Verfahren 100 erkennt die Steuerung 50 automatisch das jeweilige elektrische Wechselstromgerät 14A oder 14B, wenn es, wie oben erwähnt, an den Wechselstrom-Ladeeingang 20 angeschlossen ist, und ergreift danach die erforderlichen Maßnahmen zur Einleitung und Regelung der Leistungsabgabefunktion. Dabei erkennt die Steuerung 50 automatisch eine gewünschte Ausgangsspannung vom RESS 12 durch die vorhandene Näherungs- und/oder Steuerpilotschaltung. Die Steuerung 50 kann auch automatisch den beschriebenen Entlademodus beenden, bevor das RESS 12 erschöpft ist, um dem Benutzer dadurch zu ermöglichen, eine nächstgelegene EVSE-Ladestation 16 und/oder ein nächstes Ziel zu erreichen. Beispielhafte Schaltungstopologien zur Umsetzung der vorliegenden Lehre, einschließlich der Erkennung spezifischer Spannungen und/oder PWM-Tastverhältnisse zum Zweck der Identifizierung des elektrischen AC-Geräts 14A oder 14B, werden nun unter Bezugnahme auf die 3-5 beschrieben.
ANWENDUNGSFALL 1 - VEHICLE-TO-LIVE (V2L) und AC-ZUBEHÖR: Bezug nehmend auf 3 kann der oben beschriebene Anwendungsfall, bei dem das Host-Fahrzeug 10 von 1 elektrisch mit dem AC-Elektrogerät 14A verbunden ist, z. B. in Form eines der AC-Entladezubehörteile 15A, 15B und/oder 15C, über die V2L-Lastanschlussbox 22 implementiert werden, die ihrerseits die V2L-Lastanschlussbox 22 und einen damit verbundenen V2L-Kabelsatz 18 umfasst. Das RESS 12 ist schematisch so dargestellt, dass es seine verschiedenen Batteriezellen 12C, ein Paar Hochspannungsschütze 120 und einen Strombegrenzungswiderstand (R0) umfasst. Die RESS 12 ist elektrisch mit einem bidirektionalen Wechselrichter 42 verbunden. Wie durch die Doppelpfeile AC ←→ DC angedeutet, ist der bidirektionale Wechselrichter 42 so konfiguriert, dass er bei Bedarf Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt umwandelt, je nachdem, ob der bidirektionale Wechselrichter 42 in einer Ladeanwendung oder, im Rahmen der vorliegenden Offenbarung, beim Entladen verwendet wird.
Teile des Host-Fahrzeugs 10, die in 3 schematisch dargestellt sind, umfassen die vorliegende Steuerung 50 und die Messschaltung 50L, wobei letztere intern mit den Spannungsklemmen (3), (4) und (5) des AC-Ladeeingangs 20 verbunden ist, wobei die Spannungsklemme (3) der elektrischen Masse/G entspricht, die Spannungsklemme (4) die Steuer-Pilot-Spannung/CP führt und die Spannungsklemme (5) die Proximity-Spannung/PRX führt. Die verbleibenden zwei Klemmen, d. h. die Spannungsklemme (1) L1 und die Spannungsklemme (2) L2/N, sind mit dem bidirektionalen Wechselrichter 42 verbunden.
In Bezug auf die Messschaltung 50L sind verschiedene Widerstände R2, R3, R4 und R5 mit vorgegebenen ohmschen Widerstandswerten wie gezeigt angeordnet, wobei die Widerstände R2 und R3 parallel geschaltet sind. Zwischen den Anschlüssen der parallelen Widerstände R2 und R3 ist ein elektrischer Schalter S2 angeordnet, der bei Ausführung der angegebenen Zusatzfunktionen offen ist. Die Steuerspannungsklemme (4) ist mit der Anode einer Steuerdiode D1 verbunden, deren Kathode mit den übrigen Klemmen der Widerstände R2 und R3 verbunden ist. Der Widerstand R5 ist zwischen der Steuerspannungsklemme (5) und der elektrischen Masse (G), d.h. der Spannungsklemme (3) des AC-Ladeeingangs 20, angeschlossen, wobei der Widerstand R4 in Reihe zwischen der Steuerspannungsklemme (5) und einer geregelten (ref) Niederspannungsquelle, z.B. +5V, angeschlossen ist.
Innerhalb des Endsteckers 18C-1 des in 1 gezeigten V2L-Kabelsatzes 18 befindet sich ein manuell gesteuerter Schalter S3 parallel zu einem weiteren Widerstand R7, wie gezeigt, wobei die Anschlüsse des Schalters S3 und des Widerstands R7 mit dem Masseanschluss (3) verbunden sind. Wie unten erläutert, kann in einer möglichen Konfiguration der Schalter S3 mit dem Verriegelungsauslöser 32 von 2 verbunden oder integral mit diesem aufgebaut sein und somit selektiv durch Betätigung des Verriegelungsauslösers 32 geöffnet oder geschlossen werden. In anderen Ausführungsformen wird ein weiterer optionaler Schalter S4 verwendet, der in einer Phantomlinie parallel zu einem Widerstand R* dargestellt ist, extern in Bezug auf den Verriegelungsauslöser 32 angeordnet ist und einen offenen/geschlossenen Zustand unabhängig von einem entsprechenden offenen/geschlossenen Zustand des Verriegelungsauslösers 32 aufweist. Wenn er mit dem Verriegelungsauslöser 32 integriert ist, kann der Schalter S3 gemäß einer vorbestimmten Sequenz gedrückt und freigegeben werden, um die Modulation eines Niederspannungssignals zur Identifizierung des angeschlossenen elektrischen Wechselstromgeräts 14A zu unterstützen.
Die gegenüberliegenden Klemmen eines solchen Schalters S3 und des Widerstands R7 sind mit einer Klemme eines Widerstands R6 verbunden, wobei die gegenüberliegende Klemme des Widerstands R6 mit der PRX-Spannungsklemme (5) verbunden ist, die die Näherungsspannung führt. Wenn also der Endstecker 18C-1 in den AC-Ladeeingang 20 eingesteckt wird, greifen die Spannungsklemmen (1)-(5) des Endsteckers 18C-1 in die Spannungsklemmen (1)-(5) des AC-Ladeeingangs 20 ein oder passen zu ihnen, um die verschiedenen in 3 dargestellten elektrischen Verbindungen herzustellen. Während die besonderen Widerstandsniveaus der Widerstände R6 und R7 mit der beabsichtigten Anwendung variieren können, kann die beispielhafte Ausführungsform von 1 repräsentative Widerstandsniveaus von 150Ω bzw. 330Ω für eine repräsentative mehrphasige 120V-Nennauslegung der elektrischen Last 14A sehen.
Der V2L-Lastanschlusskasten 22 enthält mehrere Wechselstrom-Steckdosen 24, z. B. typische dreipolige NEMA-Steckdosen mit integrierten Sicherungen F1 und F2, die Wechselstrom-Schutzschalter bilden. Innerhalb des V2L-Lastanschlusskastens 22 entsprechen die Anschlüsse solcher Steckdosen 24 den Spannungsleitungen 1, 2 und Erde (L1, L2/N bzw. G). Um einen einphasigen AC-Ausgang zu führen, endet der V2L-Kabelsatz 18 von 1 in einer Verbindung mit dem beschriebenen Endstecker 18C-2 über den Klemmenblock 25. Ein Fehlerstrom-Schutzschalter (GFCI) 28 kann mit den Leitungen L1 und L2/N verbunden werden. Um die Anforderungen des FI-Schutzschalters zu erfüllen, kann in der Nähe des Endsteckers 18C-1 eine Geräteerdung hergestellt werden, indem die Hochspannungs-Neutralleitung (N) mit der Erde (G) verbunden wird, z. B. über ein leitfähiges Überbrückungselement 27.
Wie oben erwähnt, kann der Schalter S3 gemäß einer vorbestimmten Sequenz gehalten/freigegeben werden, um den Anschluss des elektrischen AC-Geräts 14A zu signalisieren. Genauer gesagt kann die Aktivierung des Schalters S3 durch einen Benutzer über das Umschalten des Verriegelungsauslösers 32 (2) zur Modulation in einem stark verallgemeinerten Sinne verwendet werden, wodurch ein eindeutiges Spannungssignal auf der Proximity-Spannungsleitung (PRX) zur Klemme (5) bereitgestellt wird. Das eindeutige modulierte Spannungssignal kann von der Steuerung 50 verwendet werden, um die gewünschte AC-Ausgangsspannung zu identifizieren, die an das angeschlossene elektrische AC-Gerät 14A abgegeben werden soll. Die Steuerung 50 kann daher die Näherungsspannung an der Klemme (5) ablesen, um die Identität des angeschlossenen elektrischen Wechselstromgeräts 14A zu bestimmen.
Alternativ kann der optionale separate Schalter S4 in Reihe zwischen dem Widerstand R6 und der Spannungsklemme (5), d. h. der Näherungsspannungsklemme, geschaltet werden. Ein solcher Schalter S4 kann verwendet werden, um die Näherungsspannung umzuschalten oder zu modulieren, ohne dass der Schalter S3 aktiviert werden muss. Zu den Vorteilen der Verwendung eines solchen Schalters S4 gehört eine eindeutige Bestätigungssequenz des Benutzers zum Eintritt in den Entladezustand, die nicht mit einer gewünschten Verriegelungsaktion verwechselt werden kann, sowie die Ermöglichung der vorliegenden Strategie über Bereiche hinweg, in denen der Schalter S3 nicht verwendet wird.
Unter Bezugnahme auf 5, auf die weiter unten im Detail eingegangen wird, kann ein ähnlicher Endeffekt erzielt werden, indem ein weiterer Widerstand R8 an die CP-Spannungsklemme (4) angeschlossen wird, d. h. an die spezielle Klemme, die die Steuer-Pilotspannung führt. Bei Verwendung des Widerstands R8 als Sensor könnte die Steuerung 50 effektiv einen Strom messen, der durch den Widerstand R8 fließt, um die Identifizierung des angeschlossenen elektrischen Wechselstromgeräts 14A zu unterstützen, ohne dass der Benutzer die Schalter S3 oder S4 von 3 auf die oben beschriebene Weise betätigen muss. Wie zu erkennen ist, würde der Anschluss des Widerstandes R8 an der angegebenen Schaltungsstelle die Näherungsspannung an der Spannungsklemme (5) verändern. Daher würde die Verwendung des Widerstands R8 an dieser Stelle eine entsprechende Erhöhung des Widerstandswerts des Widerstands R6 erfordern, um eine genaue Messung zu ermöglichen. Die durch den Widerstand R8 ermöglichte passive Erkennung würde jedoch dazu beitragen, die Notwendigkeit einer manuellen Schalteraktivierung zu beseitigen, und ist daher in einigen Anwendungen nützlich.
Bezug nehmend auf 4 kann in einer weiteren V2L-Ausführung eine optionale aktive Steuerschaltung 60 mit einer Steuerelektronik in Form eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) 62 mit einem Oszillator (OSC) 63 in den Endstecker 18C-2 des V2L-Kabelsatzes 18 (siehe 1) integriert werden. Die Pilotsteuerschaltung 60 kann so konfiguriert sein, dass sie eine Steuerpilotfrequenz aktiv variiert oder moduliert, z. B. über Pulsweitenmodulation (PWM), wobei solche Aktionen von einer Niederspannungsbatterie (BAT) 61, z. B. einer 5-V-Batterie, versorgt werden. Die eindeutige modulierte Frequenz und/oder Spannung könnte somit anzeigen, welches der elektrischen AC-Geräte 14A oder 14B angeschlossen wurde. Zum Beispiel könnte der ASIC 62 den Oszillator 63 verwenden, um ein 500Hz-Signal auszugeben, das das elektrische AC-Gerät 14A anzeigt, ein 750Hz-Signal, das das elektrische AC-Gerät 14B anzeigt, und 1kHz für einen typischen EVSE-Ladevorgang, bei dem das Host-Fahrzeug 10 mit der EVSE-Ladestation 16 verbunden ist. Diese Frequenzen sind repräsentativ und nicht einschränkend, wobei die tatsächlichen Werte möglicherweise anders sind, sofern ein ausreichender Abstand zwischen den verschiedenen Frequenzen besteht.
ANWENDUNGSFALL Nr. 2 - JUMP-CHARGE: Bezug nehmend auf 5 kann die vorliegende Lehre in dem oben beschriebenen Anwendungsfall der Sprungladung („Jmp-Chg“) angewendet werden, in dem ein Benutzer des in 1 dargestellten Host-Fahrzeugs 10 Energie vom RESS 12 des Host-Fahrzeugs 10 zum RESS 112 des Sekundärfahrzeugs 10A abladen möchte. Eine solche Verbindung kann darin bestehen, dass der Starthilfe-Ladekabelsatz 19 aus 1 mit dem EVSE-Ladekabelsatz 180 verbunden wird. Das heißt, der Endstecker 19C-2 des Starthilfekabelsatzes 19 wird mit dem Endstecker 180C-2 des EVSE-Ladekabelsatzes 180 verbunden, wobei der gegenüberliegende Endstecker 180C-1 wiederum in den AC-Ladeeingang 200 des sekundären Elektrofahrzeugs 10A gesteckt wird.
In der in 5 dargestellten Starthilfeanordnung erfolgt die Leistungsentladung schließlich bei einer höheren Spannung als im AC-Zubehör-Anwendungsfall der 3 und 4 verwendet wurde. Dementsprechend kann der speziell konfigurierte Starthilfekabelsatz 19 für den Starthilfe-Anwendungsfall verwendet werden, indem die internen Widerstände R6 und R7 andere Werte haben als die Gegenstücke in 3 und 4. Bei einem typischen Starthilfe-Ladevorgang schließt ein Benutzer des Host-Fahrzeugs 10 den Endstecker 19C-1 des Starthilfe-Ladekabelsatzes 19 an den AC-Ladeeingang 20 an. Das gegenüberliegende Ende des Starthilfekabelsatzes 19 endet im Endstecker 19C-2, der dann mit dem Endstecker 180C-2 des EVSE-Ladekabelsatzes 180 verbunden wird. Damit ist eine elektrische Verbindung mit den Spannungsklemmen (1), (2) und (3), d.h. L1, L2/N und G, hergestellt.
In diesem Stadium sind auch die gegenseitigen Kommunikationsanschlüsse (Com) des EVSE-Ladekabelsatzes 180 und des Starthilfekabelsatzes 19 verbunden, wobei eine Kommunikationsleiterplatte (PCB) 70 des letzteren mit dem Com-Anschluss verbunden ist und, wie es im Stand der Technik verstanden wird, konfiguriert ist, um die Zwei-Wege-Kommunikation zwischen dem sekundären Elektrofahrzeug 10A und dem Hauptfahrzeug 10 zu überwachen und zu koordinieren.
Die Aktivierung des Schalters S3 für die Verwendung in der dargestellten Schaltungstopologie oder des optionalen separaten Schalters S1 von 4 kann manuell in einer solchen Reihenfolge erfolgen, dass eine eindeutige/modulierte Näherungsspannung (PRX) an den Näherungsspannungsanschluss (5) übermittelt wird. Auch hier kann die Auslösesequenz vorgegeben werden, um einen gewünschten Spannungseffekt zu erzielen, wie z. B. ein Drücken und Halten, das für eine kalibrierte Dauer aufrechterhalten wird, ein schnelles doppeltes Drücken und Loslassen, usw. Die Näherungsspannung wird dann von der Steuerung 50 gelesen und als Identität des angeschlossenen elektrischen Wechselstromgeräts 15B interpretiert, wie oben beschrieben. Um eine entsprechende Näherungsspannung bereitzustellen, die den Sprungladefall anzeigt, können die Widerstände R6 und R7 auf einen vorbestimmten Pegel, z. B. 51Ω und 430Ω, oder andere geeignete Werte eingestellt werden, um den Wunsch anzuzeigen, eine Sprungladeaktion zu beginnen. Wie bei 3 und 4 gibt es Alternativen, bei denen die an Klemme (4) anliegende Steuerspannung moduliert wird, um dem angeschlossenen Gerät zu entsprechen, in diesem Fall dem Sekundärfahrzeug 10A von 1, genauer gesagt dem darin befindlichen RESS 112.
Die verschiedenen Schaltungstopologien, die oben unter Bezugnahme auf die 3, 4 und 5 beschrieben wurden, können in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Verfahren 100 gesteuert werden. Allgemein ausgedrückt, arbeiten mögliche Ausführungsformen des Verfahrens 100, während der Wechselstrom-Ladeeingang 20 des Host-Fahrzeugs 10 elektrisch mit dem externen elektrischen Wechselstromgerät 14A oder 14B von 1 verbunden ist. Wenn diese Verbindung hergestellt ist, erkennt die Steuerung 50 automatisch die Steuer-Pilotspannung (CP) und die Näherungsspannung (PRX), die an den jeweiligen Pilot- und Näherungsspannungsanschlüssen des AC-Ladeeingangs 20 anliegen. Wenn die Steuerspannung null Volt (0V) beträgt, wertet die Steuerung 50 aus, ob die Eingangsbedingungen erfüllt sind, z. B. durch Verarbeitung des Freigabesignals (Pfeil ENBL) von 1, wobei solche Eingangsbedingungen auf einen Wunsch eines Benutzers des Host-Fahrzeugs 10 hinweisen, Strom vom RESS 12 an das elektrische Wechselstromgerät 14A oder 14B abzugeben.
Als Reaktion auf die Erfüllung der Eingangsbedingungen empfängt die Steuerung 50 das oben beschriebene modulierte Spannungssignal, wobei das modulierte Spannungssignal eine vorbestimmte Signalvariation der Näherungsspannung und/oder der Steuerpilotspannung in verschiedenen möglichen Ausführungsformen ist. Die Steuerung 50 vergleicht dann das modulierte Spannungssignal mit einer erwarteten Spannung, die eine Identität des elektrischen Wechselstromgeräts 14A oder 14B anzeigt. Sobald das Gerät 14A oder 14B ordnungsgemäß identifiziert wurde, entlädt die Steuerung 50 und danach die elektrische Leistung vom RESS 12 über die dazwischenliegenden Leiter des Kabelsatzes 18 oder 180, wenn das modulierte Spannungssignal mit der erwarteten Spannung übereinstimmt. Die Konfiguration der Steuerung 50 ermöglicht es dem Steuerung 50, automatisch zwischen dem Wechselstromzubehör, z. B. 15A, 15B oder 15C aus 1 oder einem anderen 120-V-Wechselstromzubehör, einerseits und dem Starthilfe-Ladekabelsatz 19 und dem EVSE-Ladekabelsatz 180 andererseits zu unterscheiden, wenn das modulierte Spannungssignal mit verschiedenen entsprechenden erwarteten Spannungen übereinstimmt.
Unter Bezugnahme auf 6 beginnt eine nicht einschränkende beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens 100 bei Block B102, wo das elektrische AC-Gerät 14A oder 14B mit dem AC-Ladeeingang 20 des in 1 dargestellten Host-Fahrzeugs 10 verbunden wird. Da der Anschluss des AC-Elektrogeräts 14B einem Anwendungsfall der Sprungladungsverbindung („JCC“) entspricht, wird der Logikblock B102 zur Verdeutlichung mit „CONN V2L, JCC“ abgekürzt. Als Teil des Logikblocks B102 nehmen die Spannungsklemmen (1)-(5) des AC-Ladeeingangs 20 darin die entsprechenden Gegenstifte entweder des tragbaren V2L-Kabelsatzes 18 oder des Starthilfe-Ladungs-Kabelsatzes 19 auf. Das gegenüberliegende Ende des V2L-Kabelsatzes 18 ist mit dem V2L-Lastanschlusskasten 22 verbunden (3 und 4), während im Fall der Schnellladung der Schnellladekabelsatz 19 über den dazwischenliegenden EVSE-Ladekabelsatz 180 mit dem AC-Ladeeingang 200 verbunden ist. Das Verfahren 100 fährt dann mit Block B104 fort.
In Block B104 erfasst die Steuerung 50 die Vorsteuerspannung (VCP). Wie in den 3 und 4 gezeigt, liegt die Vorsteuerspannung beispielsweise an der Spannungsklemme (4) an und kann von der Steuerung 50 mithilfe der zugehörigen Messschaltung 50L ausgelesen werden. Das Verfahren 100 fährt mit Block B106 fort, sobald die Vorsteuerspannung gemessen wurde.
In Block B106 bestimmt die Steuerung 50 als Nächstes, ob die in Block B104 gemessene Vorsteuerspannung 0 V beträgt, was der erwartete Spannungswert vor der Durchführung der Leistungsabgabe an ein nicht erregtes Gerät wie die elektrischen AC-Geräte 14A und 14B ist. In einem EVSE-Ladeszenario jedoch, d. h. einem, in dem das Host-Fahrzeug 10 an die repräsentative Offboard-EVSE-Ladestation 16 von 1 angeschlossen ist, ist die Pilotsteuerspannung ein vorbestimmter Wert ungleich Null. Das Verfahren 100 fährt mit Block B110 fort, wenn die Vorsteuerspannung nicht Null ist, wobei das Verfahren 100 stattdessen mit Block B108 fortfährt, wenn die Vorsteuerspannung der erwartete Wert 0 V ist.
Block B108 umfasst das Ermitteln der Näherungsspannung („DET V_PRX“) über die Steuerung 50, z. B. durch Ablesen der entsprechenden Spannung an der in 3-5 dargestellten Klemme (5). Das Verfahren 100 fährt mit Block B112 fort, sobald die Näherungsspannung durch die Steuerung 50 ermittelt wurde.
Block B110 beinhaltet als Reaktion auf die Erkennung einer Pilotsteuerspannung ungleich Null in Block B106 die Ausführung normaler Plug-in-Ladefunktionen („EXEC CHG“). Ein solcher Vorgang wird durchgeführt, wenn die erkannte Nicht-Null-Pilotsteuerspannung einem vorbestimmten Ladewert entspricht, gemäß den bestehenden regionsspezifischen Ladeprotokollen, und wird gemäß solchen Ladeprotokollen fortgesetzt. Das Verfahren 100 ist abgeschlossen.
Im Block B112 vergleicht die Steuereinheit 50 als nächstes die Näherungsspannung (V_PRX) aus Block B108 mit den entsprechenden Werten, um die Stromabgabe an das elektrische Wechselstromgerät 14A oder 14B einzuleiten, entweder über die V2L-Lastanschlussdose 22 oder das Starthilfekabel-Set 19. Wie oben beschrieben, wird die V2L-Verbindung in einer typischen Ausführungsform mit 120 V Wechselstrom geführt, während die Wechselspannung im Sprungladefall etwa 240 V Wechselstrom betragen kann oder sich anderweitig in der Größenordnung ausreichend von der des Entladezubehör-Verwendungsfalls unterscheidet. Daher wird die Näherungsspannung für jeden Anwendungsfall eindeutig im Speicher (M) der Steuerung 50 eingestellt, damit die Steuerung 50 schnell zwischen den beiden möglichen Verbindungen unterscheiden kann, nachdem zuvor die Möglichkeit ausgeschlossen wurde, dass es sich bei der Verbindung um die in 1 dargestellte EVSE-Ladestation 16 handeln könnte. Das Verfahren 100 fährt dann mit Block B114 fort, wenn die Näherungsspannung mit einem der entsprechenden Werte für das elektrische AC-Gerät 14A oder 14B übereinstimmt, wobei das Verfahren 100 alternativ den Block B104 wiederholt.
Im Block B114 von 5 erkennt die Steuerung 50 als nächstes Eingangsbedingungen („DET COND“), die auf den Wunsch hinweisen, die Stromabgabe vom RESS 12 an das angeschlossene elektrische Wechselstromgerät 14A oder 14B einzuleiten. Verschiedene Ansätze sind oben beschrieben, einschließlich der Erkennung einer bestimmten Aktivierungssequenz des Verriegelungsauslösers 32 von 2, die einem offenen/geschlossenen Zustand des angeschlossenen Schalters S3 (3-5) oder des optionalen zusätzlichen Schalters S1 (4) entspricht, oder der passiven Erkennung, wenn der optionale Widerstand R8 verwendet wird. Alternative Ausführungsformen, bei denen die erfasste Spannung die Steuer-Pilotspannung anstelle der Näherungsspannung ist, sind ebenfalls möglich, z. B. über den Betrieb der Schaltung 60 von 4. Das Verfahren 100 fährt dann mit dem Block B116 fort.
Block B116 beinhaltet das Einleiten des Entladungsmodus („DISCH“). Die Steuerung 50 regelt somit den Betrieb des bidirektionalen Wechselrichters 42 nach Bedarf, um Strom von den Zellen 12C des RESS 12 über die Spannungsklemmen (1) und (2) an das angeschlossene elektrische Wechselstromgerät 14A oder 14B zu liefern. Das Verfahren 100 fährt zu Block B118 fort, wenn dies geschieht.
Block B118 beinhaltet die automatische Überprüfung des aktuellen Ladezustands (SOC) des RESS 12 während der laufenden Entladung und den Vergleich des aktuellen SOC mit einem ersten kalibrierten Schwellenwert (SOC1), z. B. 60% - 70% oder einem anderen geeigneten anwendungsspezifischen Wert, wobei 100% einem vollständig geladenen Satz von Batteriezellen 12C und 0 % einem vollständig entladenen Zustand entsprechen, wie es in der Technik allgemein bekannt ist. Das Verfahren 100 fährt mit Block B120 fort, wenn der aktuelle SOC unter den ersten kalibrierten Schwellenwert (SOC1) fällt. Wenn der aktuelle SOC über dem ersten kalibrierten Schwellenwert bleibt, führt die Steuerung 50 die Blöcke B114, B116 und B118 in einer Schleife durch, solange der aktuelle SOC über dem ersten kalibrierten Schwellenwert (SOC1) bleibt oder bis der Benutzer den Entladevorgang vor Erreichen eines solchen Schwellenwertes abbricht.
In Block B120 kann die Steuerung 50 eine Entfernung zu einer nächstgelegenen verfügbaren EVSE-Ladestation 16 und/oder zum nächsten Ziel bestimmen. Solche Orte können im Speicher der Steuerung 50 als feste Geostandorte in einer Nachschlagetabelle aufgezeichnet werden, auf die die Steuerung 50 schnell Bezug nehmen kann, oder die Steuerung 50 kann die Entfernung in Echtzeit über die Kommunikation mit einem bordeigenen Navigationssystem, dem Mobilgerät 11 des Benutzers (1) usw. bestimmen. Da ein Benutzer des Host-Fahrzeugs 10 typischerweise eine Steckdose in der Garage oder am Wohnort des Benutzers verwendet, um das RESS 12 aufzuladen, kann der Wohnort des Benutzers bei der Ermittlung der am nächsten gelegenen Ladestation berücksichtigt werden.
Als Teil von Block B120 kann die Steuerung 50 automatisch den erforderlichen SOC (SOC2) für das Zurücklegen der Strecke ableiten. Da die Entfernung/der Ort durch den Entlademodus statisch ist und sich der SOC während des Entladens dynamisch ändert, wird der entsprechende SOC2, der zum Erreichen des Ziels benötigt wird, als SOC2 verwendet. Block B120 kann auch das nächste Ziel des Benutzers ermitteln, entweder durch Aufforderung des Benutzers vor Beginn des Entladevorgangs oder automatisch anhand der vergangenen Fahrhistorie, z. B. über die oben erwähnten Navigations- oder Infotainmentsysteme. Wenn die Steuerung 50 auf der Grundlage der oben genannten Entfernung feststellt, dass der aktuelle Ladezustand den für das Erreichen des nächsten Ziels erforderlichen Ladezustand (SOC2) überschreitet („SOC > SOC2“), wiederholt das Verfahren 100 den Block B116. Andernfalls fährt das Verfahren 100 mit Block B122 fort.
Block B122 von beinhaltet die automatische Deaktivierung von Entladevorgängen („DEACT DISCH“), wenn der festgelegte SOC-Grenzwert erreicht ist. Da Block B122 von den Blöcken B120 oder B122 aus erreicht werden könnte, könnte der jeweilige auslösende Grenzwert der erste Grenzwert (SOC1) oder der zweite Grenzwert (SOC2) sein. Das Verfahren 100 ist abgeschlossen, wenn die Entladevorgänge beendet sind. Der Benutzer trennt danach die elektrische Last 14A oder 14B vom EV-Ladeanschluss 20, wobei das Host-Fahrzeug 10 danach bereit ist, den normalen Fahrbetrieb wieder aufzunehmen.
Unter Verwendung des Verfahrens 100 von 6 und der in 1 dargestellten Steuerung 50 in Verbindung mit den verschiedenen in 3-5 dargestellten Schaltungsimplementierungen bietet die vorliegende Lehre eine Reihe von Vorteilen. Um beispielsweise die Anforderungen an die Hochspannungsisolierung zu erfüllen, ermöglicht die beschriebene Strategie die Entladung des RESS 12 an das angeschlossene elektrische Wechselstromgerät 14A oder 14B nur dann, wenn die Steuerung 50 erkennt, dass die Steuerspannung anfänglich 0 V beträgt, die Näherungsspannung in einem bestimmten Bereich liegt und die Entladung durch den Benutzer des Host-Fahrzeugs 10 freigegeben wird. Die Steuerung 50 ist in der Lage, anhand der Größe der Näherungsspannung automatisch den vom Benutzer gewünschten Spannungspegel für die Versorgung des angeschlossenen elektrischen Wechselstromgeräts 14A oder 14B, in diesem Beispiel 120V bzw. 240V, zu erkennen.
Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Lehre dem Benutzer, den Entladungsmodus durch die Verwendung des J1772-Stecker-Auslöseschalters 32 von 2 zu aktivieren, z. B. durch einen Doppelklick, Drücken und Halten oder eine andere vorbestimmte Aktivierungssequenz, oder durch einen separaten Schalter S1 (4), der eine ähnliche Funktion zur Änderung der Näherungsspannung ausführt. Andere Ausführungsformen ermöglichen die automatische Erkennung der angeschlossenen elektrischen Last 14A oder 14B durch die vorübergehende Verwendung einer spezifischen Steuerspannung und/oder eines PWM-Tastverhältnisses von der V2L-Lastanschlussbox 22, die von der Batterie 61 aus 4 gespeist werden kann. Die Entladung des RESS 12 wird bei Erreichen eines vorbestimmten SOC der Batteriezellen 12 automatisch unterbrochen, wobei die Schwellenwerte möglicherweise vom Benutzer oder automatisch basierend auf der Nähe zu einer nächstgelegenen Ladestation 16 und/oder dem nächsten Ziel eingestellt werden. Dieser Ansatz trägt wiederum dazu bei, dass die RESS 12 nicht in einem Ausmaß entladen wird, das einen sinnvollen Antriebsbetrieb des Host-Fahrzeugs 10 verhindern würde.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreibend für die vorliegende Lehre, aber der Umfang der vorliegenden Lehre wird ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Lehre im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Lehre, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind. Außerdem schließt diese Offenbarung ausdrücklich Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale ein.

Claims

Ein Verfahren zum Erkennen eines extern angeschlossenen elektrischen Wechselstromgeräts, AC über ein Host-System mit einem wiederaufladbaren Energiespeichersystem, RESS, und einem Wechselstrom-Ladeeingang, der mit dem RESS verbunden ist, wobei das Verfahren umfasst: während der Wechselstrom-Ladeeingang mit der elektrischen Wechselstromvorrichtung über eine Vehicle-to-Live-,V2L,-Lastanschlussdose und einen V2L-Kabelsatz, die eine V2L-Verbindung bilden, oder über einen Starthilfe-Ladekabelsatz und einen EVSE-Ladekabelsatz, Electric Vehicle Service Equipment, die eine Starthilfe-Ladeverbindung bilden, elektrisch verbunden ist, Erfassen einer Steuer-Pilotspannung und einer Annäherungsspannung an einem jeweiligen Pilotspannungsanschluss und Annäherungsspannungsanschluss des Wechselstrom-Ladeeingangs; wenn die Steuer-Pilot-Spannung Null Volt ist, Auswerten, über die Steuerung, ob Eintrittsbedingungen erfüllt sind, wobei die Eintrittsbedingungen einen Wunsch eines Benutzers des Host-Systems anzeigen, Strom vom RESS zum elektrischen AC-Gerät zu entladen; Empfangen, über die Steuerung, eines modulierten Spannungssignals von der V2L-Verbindung oder von der Sprungladungsverbindung in Reaktion auf die Eintrittsbedingungen, wobei das modulierte Spannungssignal eine vorbestimmte Signalvariation der Näherungsspannung und/oder der Steuer-Pilotspannung ist; Identifizieren, über die Steuerung, des elektrischen Wechselstromgeräts als ein identifiziertes Gerät, einschließlich des Vergleichs des modulierten Spannungssignals mit einer erwarteten Spannung, die eine Identität des elektrischen Wechselstromgeräts anzeigt; und Entladen von elektrischer Energie vom RESS zum identifizierten Gerät über die V2L-Verbindung oder die Jump-Charge-Verbindung, wenn das modulierte Spannungssignal mit der erwarteten Spannung übereinstimmt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das identifizierte Gerät ein 120-V-Wechselstrom-Zusatzgerät ist und wobei das Entladen der elektrischen Leistung vom RESS zu dem identifizierten Gerät über die V2L-Verbindung erfolgt, wenn das modulierte Spannungssignal mit der erwarteten Spannung übereinstimmt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das identifizierte Gerät ein 240-V-Wechselstrom-Zusatzgerät ist und wobei das Entladen der elektrischen Leistung vom RESS zum identifizierten Gerät über die Sprungladungsverbindung erfolgt, wenn das modulierte Spannungssignal mit der erwarteten Spannung übereinstimmt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Überwachen eines aktuellen Ladezustands, SOC, des RESS über die Steuerung; und automatische Unterbrechung der Abgabe der elektrischen Leistung vom RESS an das identifizierte Gerät, wenn der aktuelle SOC unter einem SOC-Schwellenwert liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Host-System ein Host-Fahrzeug ist, der RESS ein Hochspannungs-Antriebsbatteriepaket des Host-Fahrzeugs enthält und der Wechselstrom-Ladeeingang ein EVSE-Ladeeingang ist, und wobei der aktuelle SOC ein aktueller SOC des Antriebsbatteriepakets ist.
Das Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend: Bestimmen, über die Steuerung, einer Entfernung zwischen dem Host-Fahrzeug und einer nächstgelegenen Ladestation oder einem nächsten Ziel; und automatische Anpassung des SOC-Schwellenwerts basierend auf der Entfernung und dem aktuellen SOC.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Eintrittsbedingungen ein Freigabesignal von einem mobilen Gerät oder von einem integrierten Gerät des Hostsystems umfassen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Messen, über die Steuerung, der Näherungsspannung, während ein Benutzer des Host-Systems einen Schalter des V2L-Kabelsatzes oder des Jump-Charge-Kabelsatzes umschaltet.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei der V2L-Kabelsatz oder der Sprungladungs-Kabelsatz eine Verriegelung und einen Verriegelungsauslöser umfasst, der zum Öffnen und Schließen der Verriegelung konfiguriert ist, wobei der Schalter mit dem Verriegelungsauslöser verbunden ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: selektives Öffnen oder Schließen des Schalters durch Betätigen des Verriegelungsauslösers.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei der V2L-Kabelsatz oder der Sprungladungs-Kabelsatz eine Verriegelung und einen Verriegelungsauslöser enthält, der so konfiguriert ist, dass er die Verriegelung öffnet und schließt, und wobei der Schalter außerhalb des Verriegelungsauslösers liegt und einen offenen/geschlossenen Zustand aufweist, der unabhängig von einem entsprechenden offenen/geschlossenen Zustand des Verriegelungsauslösers ist.