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Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit, einer Traktionsbatterie mit einem internen DC/DC-Steller oder Batterieverschaltungselement, welche durch den DC/DC- Steller und/oder das Verschaltungselement von extern zumindest mit zwei unterschiedlichen Ladespannungen aufgeladen werden kann, und einer Ladeschnittstelle zum Aufladen der Traktionsbatterie, welche in einem Bereich einer Karosserieöffnung angeordnet ist, wobei die Karosserieöffnung durch ein Verschlusselement verschließbar ist.
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Eine Hochvolt-Traktionsbatterie von Elektrofahrzeugen, d.h. von ergänzend oder ausschließlich elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, haben herstellerabhängig und modellabhängig verschiedene technische Ladespannungsebenen von beispielsweise 400 V oder 800 V. In Elektrofahrzeugen, in denen eine hohe Antriebsleistung und eine möglichst kurze Ladezeit zum Aufladen der Traktionsbatterie angestrebt wird, werden Traktionsbatterien mit einer Ladespannung von beispielsweise 800 V eingesetzt.
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Viele Hochvolt-Ladesäulen dagegen bieten als maximale Ladesäulenspannung einen niedrigeren Spannungswert von beispielsweise nominal 400 V an, unter anderem die meisten Ladesäulen in China. Durch die bestehenden Kommunikationsprotokolle, die die Kommunikation der Ladesäulen-Ladesteuerung und der Fahrzeug-Ladesteuerung definieren, ist die Einleitung eines Aufladevorgangs eines Elektrofahrzeugs mit einer Ladespannung von beispielsweise 800 V erschwert oder sogar unmöglich an einer Ladesäule mit einer niedrigeren maximalen Ladesäulenspannung von beispielsweise 400 V.
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Bei einem Ladevorgang wird ein fahrzeugseitiger Ladestecker eines Ladekabels in eine Ladeschnittstelle des Elektrofahrzeugs eingesteckt, wobei die Ladeschnittstelle durch eine Karosserieöffnung erreichbar ist. Die Karosserieöffnung ist im Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs durch ein Verschlusselement, beispielsweise eine Ladeklappe, verschlossen.
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Nach der elektrischen Konnektierung der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle mit dem Ladestecker meldet sich das Elektrofahrzeug üblicherweise über seine Ladesteuerung an der Ladesteuerung der Ladesäule an, im vorliegenden Beispiel also mit einer hohen Ladespannung von beispielsweise 800 V. Wenn die von dem Elektrofahrzeug angeforderte Ladespannung über der maximalen Ladesäulen-Ladespannung von beispielsweise 400 V liegt, lehnt die Ladesäulen-Ladesteuerung einen Ladeprozess ab.
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Im Ergebnis kann die 800 V-Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs nur an Ladesäulen aufgeladen werden, welche eine hohe Ladesäulen-Ladespannung von 800 V aufweisen und damit der vom Elektrofahrzeug angeforderten Ladespannung entspricht. Hierdurch ist das Netz an Ladesäulen für Elektrofahrzeuge mit einer Traktionsbatterie, welche mit einer hohen Ladespannung geladen wird, beispielsweise 800 V, relativ wenig verbreitet.
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Daher ist die Aufgabe der Erfindung, ein Elektrofahrzeug zu schaffen, dessen Traktionsbatterie an unterschiedlichen Ladesäulen mit unterschiedlichen Ladesäulen-Ladespannungen aufgeladen werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Elektrofahrzeug gemäß Anspruch 1.
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Dadurch, dass die Ladeschnittstelle ein Betätigungselement zum Einstellen der Ladespannung aufweist, kann ein einfaches und kostengünstiges Mittel vorgesehen werden, durch welches die durch das Elektrofahrzeug von der Ladesäule angeforderte Ladespannung eingestellt werden kann, wodurch die Traktionsbatterie an unterschiedlichen Ladesäulen mit unterschiedlichen Ladesäulen-Ladespannungen aufgeladen werden kann. Bevor ein Ladevorgang gestartet bzw. ein Ladestecker eines Ladekabels in die Ladeschnittstelle eingesteckt wird und dadurch das Elektrofahrzeug mit der Ladesäule verbunden wird, kann eine den Ladestecker in die Ladeschnittstelle einsteckende Person die von dem Elektrofahrzeug von der Ladesäule anzufordernde Ladespannung einstellen. Durch das Einstellen der angeforderten Ladespannung wird verhindert, dass das Elektrofahrzeug zum Aufladen der Traktionsbatterie eine höhere Ladespannung von der Ladesäule anfordert, als von der Ladesäulen-Ladesteuerung grundsätzlich zugelassen wird. Durch die Anordnung des Betätigungselements an der Ladeschnittstelle kann die den Ladestecker in die Ladeschnittstelle einsteckende Person kurz vor dem Einstecken des Ladesteckers die Ladespannung einfach auf die für die vorliegende Ladesäule passende Ladespannung einstellen bzw. umstellen, ohne dafür wieder in den Fahrzeuginnenraum oder an einen anderen Ort zum Einstellen der Ladespannung gehen zu müssen.
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Vorzugsweise weist die Ladeschnittstelle ein Lademuldenelement auf, an welchem eine elektrische Anschlussvorrichtung befestigt ist, wobei das Betätigungselement an dem Lademuldenelement angeordnet ist. Dadurch ist das Betätigungselement bei einem geschlossenen Verschlusselement abgedeckt und für unbefugte Personen nicht zugänglich. Wenn die Traktionsbatterie aufgeladen wird, muss das Verschlusselement zwingenderweise geöffnet werden und der Ladestecker des Ladekabels in die Ladeschnittstelle eingesteckt werden. Bevor der Ladestecker in die Ladeschnittstelle eingesteckt wird, stellt die den Laderstecker einsteckende Person die von der Ladesäule anzufordernde Ladespannung durch das Betätigen des Betätigungselements ein, so dass das Elektrofahrzeug eine zur Ladesäule passende Ladespannung anfordert und ein Ladevorgang überhaupt möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Ladeschnittstelle eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige der eingestellten Ladespannung auf. Dadurch ist jederzeit die derzeit eingestellte, vom Elektrofahrzeug angeforderte Ladespannung sichtbar.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Traktionsbatterie ausschließlich mit einer Standardladespannung und einer Auswahlladespannung aufladbar, wobei die Standardladespannung grundsätzlich voreingestellt ist und die Auswahlladespannung durch Betätigung des Betätigungselements auswählbar ist. Beispielsweise kann als Standardladespannung eine Ladespannung definiert werden, welche an einer Mehrzahl der Ladestation angeboten wird. Eine alternative Ladespannung, welche an einigen wenigen Ladestationen angeboten wird, wird als Auswahlladespannung definiert. Damit wird die Traktionsbatterie in den meisten Fällen mit der Standardladespannung aufgeladen und das Betätigungselement muss nicht betätigt werden. In Ausnahmefällen muss das Betätigungselement betätigt werden, um die Traktionsbatterie aufzuladen. Dadurch wird das Aufladen der Traktionsbatterie vereinfacht.
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Vorzugsweise ist die Standardladespannung geringer als die Auswahlladespannung. Dadurch kann die Traktionsbatterie mit der geringen Ladespannung an jeder verfügbaren Ladestation aufgeladen werden, wobei falls eine Ladestation eine höhere Ladespannung zulässt, das Betätigungselement betätigt werden kann, wodurch die Traktionsbatterie schneller aufgeladen werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Standardladespannung 400 V und die Auswahlladespannung ist 800 V.
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Vorzugsweise ist das Betätigungselement ein einziger Knopf, welcher zur Auswahl der Auswahlladespannung betätigbar ist. Dadurch kann auf eine einfache Weise von der Standardladespannung auf die Auswahlladespannung umgestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein zweites Betätigungselement vorgesehen, welches in einem in einem Fahrzeuginnenraum angeordneten Touch-Display integriert ist. Dadurch kann eine Person, insbesondere der Fahrer, auch durch das Betätigen des zweiten Betätigungselements die Ladespannung einstellen, wobei beispielsweise bei einem Aufladen der Traktionsbatterie mittels eines automatisch andockenden Laderoboters die anzufordernde Ladespannung eingestellt werden kann, ohne dass die Person aus dem Elektrofahrzeug aussteigen muss.
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Vorzugsweise weist das Betätigungselement mehrere Knöpfe auf, wobei jede Ladespannung einem Knopf zugeordnet ist, oder das Betätigungselement ist ein Drehknopf oder Schalter, wobei der Drehknopf oder der Schalter jeweils eine Raststellung je Ladespannung aufweist. Dadurch können unterschiedliche Ladespannungen auf eine einfache und kostengünstige Weise eingestellt werden.
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Außerdem wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gelöst, wobei die Ladespannung vor Beginn des Ladevorgangs durch ein Betätigungselement eingestellt wird.
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Durch eine derartige Ausgestaltung des Elektrofahrzeugs kann die Traktionsbatterie an unterschiedlichen Ladesäulen aufgeladen werden, wobei die von der Ladestation anzufordernde Ladespannung auf eine einfache und kostengünstige Weise eingestellt werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- Die 1 zeigt schematisch ein Elektrofahrzeug und eine Ladesäule, und
- die 2 zeigt einen Ausschnitt des Elektrofahrzeugs aus 1.
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Die 1 zeigt ein Elektrofahrzeug 10 mit einer Traktionsbatterie 12 und einer elektrischen Antriebseinheit 14. Die elektrische Antriebseinheit 14 ist im Frontbereich des Elektrofahrzeugs 10 angeordnet und treibt die Vorderräder des Elektrofahrzeugs 10 an. Die elektrische Antriebseinheit 14 ist über eine Steuereinheit 16 mit der Traktionsbatterie 12 elektrisch verbunden, wobei die Traktionsbatterie 12 die elektrische Antriebseinheit 14 im Fahrbetrieb mit elektrischer Energie versorgt.
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Die 1 zeigt außerdem eine Ladesäule 20, welche dem Aufladen der Traktionsbatterie 12 dient. Die Ladesäule 20 ist über ein Ladekabel 22 mit dem Elektrofahrzeug 10 elektrisch verbunden, wobei das Ladekabel 22 zur Kopplung mit der Ladesäule 20 einen ladesäulenseitigen Ladestecker 24 und zur Kopplung mit dem Elektrofahrzeug 10 einen fahrzeugseitigen Ladestecker 26 aufweist. Der ladesäulenseitige Ladestecker 24 kann auch dauerhaft fest mit der Ladesäule 20 verbunden sein. Der fahrzeugseitige Ladestecker 26 ist im Ladevorgang mit einer in 2 gezeigten Ladeschnittstelle 38 des Elektrofahrzeugs 10 gekoppelt.
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Zur Kopplung des fahrzeugseitigen Ladesteckers 26 mit der Ladeschnittstelle 38 ist an einer Karosseriekomponente 30 des Elektrofahrzeug 10 eine Karosserieöffnung 34 vorgesehen, durch welche der fahrzeugseitige Ladestecker 26 durchgesteckt wird, um diesen in die innerhalb des Elektrofahrzeugs 10, d.h. hinter der Karosseriekomponente 30, angeordnete Ladeschnittstelle 38 einzustecken. Die Karosserieöffnung 34 ist ausschließlich im Ladevorgang offen. Im Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs 10 ist die Karosserieöffnung 34 durch ein Verschlusselement 32, insbesondere eine Ladeklappe, verschlossen und verriegelt.
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Die Ladeschnittstelle 38 weist ein Lademuldenelement 31 auf, welches in der Karosserieöffnung 34 befestigt ist. An dem Lademuldenelement 31 ist eine elektrische Anschlussvorrichtung 39 befestigt, welche einen Wechselstrom-Anschluss 40 und einen Gleichstrom-Anschluss 42 aufweist. Die elektrische Anschlussvorrichtung 39 ist vorliegend derart ausgeführt, dass ein CCS-Ladestecker eingesteckt werden kann. Gleichermaßen kann die elektrische Anschlussvorrichtung 39 auch anders, d.h. für andere Arten der Ladestecker, ausgeführt sein.
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Der Ladevorgang erfolgt üblicherweise derart, dass nach der elektrischen Kopplung des fahrzeugseitigen Ladesteckers 26 mit der Ladeschnittstelle 38 sich das Elektrofahrzeug 10 über seine Ladesteuerung, welche in der Steuereinheit 16 integriert ist, an der Ladesteuerung der Ladesäule 20 anmeldet und eine vordefinierte Ladespannung anfordert. Wenn die von dem Elektrofahrzeug 10 angeforderte Ladespannung über der maximalen Ladesäulen-Ladespannung liegt, lehnt die Ladesäulen-Ladesteuerung einen Ladeprozess ab. Ein derartiges Ablehnen des Ladevorgangs erfolgt insbesondere bei Elektrofahrzeugen 10, welche eine hohe Ladespannung zum Schnellladen anfordern. Ein derartiges Elektrofahrzeug 10, welches ausschließlich eine hohe Ladespannung zum Schnellladen der Traktionsbatterie 12 anfordern kann, kann damit nur an wenigen Ladesäulen 20 aufgeladen werden.
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Erfindungsgemäß ist an der Ladeschnittstelle 38, insbesondere an dem Lademuldenelement 31, ein Betätigungselement 50 vorgesehen, welches mit der Steuereinheit 16 verbunden ist und durch welches die von dem Elektrofahrzeug 10 bei Ladevorgang angeforderte Ladespannung veränderbar bzw. einstellbar ist. Das Betätigungselement 50 ist als Knopf ausgeführt. Das Betätigungselement 50 könnte anderenfalls auch als Drehknopf oder als Schalter ausgeführt werden. Zusätzlich kann ein zweites Betätigungselement zum Einstellen der Ladespannung vorgesehen sein, welches im Fahrzeuginnenraum angeordnet ist, insbesondere in einem Touch-Display integriert ist.
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Durch die Betätigung des Betätigungselements 50 können mehrere unterschiedliche, vordefinierte Ladespannungen, beispielsweise durch einen Drehknopf, eingestellt werden. Anderenfalls und im vorliegenden Fall ist grundsätzlich eine Standardladespannung, insbesondere 400 V voreingestellt, wobei durch die Betätigung des als Knopf ausgeführten Betätigungselements 50 eine einzige Auswahlladespannung, insbesondere 800 V, für den anstehenden Ladevorgang eingestellt werden kann. Um die Traktionsbatterie mit der hohen Auswahlladespannung laden, d.h. schnellladen, zu können, muss eine Person aktiv vor dem Einstecken des fahrzeugseitigen Ladesteckers 26 das Betätigungselement 50 betätigen, wodurch die Auswahlladespannung für diesen einen Ladevorgang ausgewählt wird. Nach dem Ladevorgang ist erneut die Standardladespannung eingestellt und das Betätigungselement 50 müsste beim nächsten Schnellladevorgang mit einer Ladespannung von 800V vor dem Einstecken des Ladesteckers 26 betätigt werden.
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Durch das Einstellen der anzufordernden Ladespannung kann die Traktionsbatterie 12 an einer Vielzahl von Ladesäulen 20 aufgeladen werden, wobei die Standardladespannung derart niedrig gewählt wird, dass ein Sperren des Ladevorgangs aufgrund einer zu hohen angeforderten Ladespannung durch das Elektrofahrzeug 10 an den meisten Ladesäulen 20 vermieden wird. Sobald ein Aufladen der Traktionsbatterie 12 an einer Ladesäule 20 mit einer hohen Ladespannung möglich ist, kann das Betätigungselement 50 durch eine Person manuell betätigt werden, wodurch die Traktionsbatterie 12 in einer relativ kurzen Zeitdauer aufgeladen werden kann.
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Des Weiteren ist an dem Lademuldenelement 31 eine Anzeigevorrichtung 52 angeordnet. Die Anzeigevorrichtung 52 weist zwei Leuchten 54, 56 auf, welche in Abhängigkeit davon, ob eine Standardladespannung oder eine zweite Ladespannung eingestellt ist, leuchten.
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Durch eine derartige Ausgestaltung des Elektrofahrzeugs 10 kann die Traktionsbatterie 12 an unterschiedlichen Ladesäulen 20 aufgeladen werden, wobei die von der Ladesäule 20 anzufordernde Ladespannung auf eine einfache und kostengünstige Weise eingestellt werden kann.
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Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen. Insbesondere könnte das Betätigungselement 50 oder die elektrische Anschlussvorrichtung 39 anders ausgeführt werden. Weiterhin könnten die Werte der Ladespannungen anders gewählt werden.
