DE102021127573A1

DE102021127573A1 - Tragbares hochspannungsladesystem für ein fahrzeug

Info

Publication number: DE102021127573A1
Application number: DE102021127573.3A
Authority: DE
Inventors: Michael John O'Connor; Timothy Harris
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2022-04-28
Also published as: US11745614B2; US20220126724A1; CN114475304A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt ein tragbares Hochspannungsladesystem für ein Fahrzeug bereit. Ein tragbares Hochspannungsladesystem zum entfernten Wiederaufladen eines Elektrofahrzeugs beinhaltet ein Gehäuse, ein Array von Batteriezellen, die eine in dem Gehäuse angeordnete Hochspannungsbatterie bilden, und eine in dem Gehäuse angeordnete Niederspannungsbatterie. Eine Kopplerbaugruppe weist ein Kabel und einen Fahrzeugverbinder auf, die dazu konfiguriert sind, mit einem Fahrzeugladeanschluss verbunden zu werden. Eine Schaltanordnung wird durch die Niederspannungsbatterie mit Leistung versorgt und ist dazu konfiguriert, in einem ersten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch mit dem Kabel zu verbinden und in einem zweiten Zustand das Kabel stromlos zu schalten.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Diese Offenbarung betrifft entferntes Wiederaufladen von Elektrofahrzeugen und insbesondere ein tragbares Hochspannungsladesystem zum entfernten Laden.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Elektrofahrzeug beinhaltet mindestens eine elektrische Maschine zum Antrieb. Das Drehmoment (oder die Leistung), das bzw. die durch die elektrische Maschine erzeugt wird, kann über ein Getriebe auf die angetriebenen Räder übertragen werden, um das Fahrzeug anzutreiben. Eine Traktionsbatterie führt der elektrischen Maschine Energie zu. Die Reichweite des Fahrzeugs ist durch die in der Traktionsbatterie gespeicherte Energiemenge begrenzt. Wie ihre herkömmlichen Gegenstücke kann Elektrofahrzeugen während einer Fahrt die Energie ausgehen, wobei man bei einem herkömmlichen Fahrzeug davon spricht, dass ihm das Benzin ausgeht. Im Gegensatz zu Benzin, das leicht transportierbar ist, wird ein Elektrofahrzeug typischerweise an einer dauerhaften Struktur, wie etwa einer Ladestation, einem privaten Wohnsitz oder dergleichen, geladen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein tragbares Hochspannungsladesystem zum entfernten Wiederaufladen eines Elektrofahrzeugs ein Gehäuse, ein Array von Batteriezellen, die eine in dem Gehäuse angeordnete Hochspannungsbatterie bilden, und eine in dem Gehäuse angeordnete Niederspannungsbatterie. Eine Kopplerbaugruppe weist ein Kabel und einen Fahrzeugverbinder auf, die dazu konfiguriert sind, mit einem Fahrzeugladeanschluss verbunden zu werden. Eine Schaltanordnung wird durch die Niederspannungsbatterie mit Leistung versorgt und ist dazu konfiguriert, in einem ersten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch mit dem Kabel zu verbinden und in einem zweiten Zustand das Kabel stromlos zu schalten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein tragbares Hochspannungsladesystem zum entfernten Wiederaufladen eines Elektrofahrzeugs ein Gehäuse, eine Hochspannungsbatterie, die eine Vielzahl von Batteriezellen aufweist, eine Kopplerbaugruppe, die ein Kabel und einen Fahrzeugverbinder aufweist, die dazu konfiguriert sind, mit einem Fahrzeugladeanschluss verbunden zu werden, und eine Schaltanordnung, die dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch mit dem Kabel zu verbinden und in einem zweiten Zustand das Kabel stromlos zu schalten. Eine Steuerung ist dazu programmiert, Ladeparameter an ein zu ladendes Fahrzeug zu senden und von diesem zu empfangen; eine Anforderung von dem Fahrzeug zu empfangen, mit dem Laden zu beginnen; und als Reaktion auf das Empfangen der Anforderung, mit dem Laden zu beginnen, die Schaltanordnung in die erste Bedingung zu befehlen.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein tragbares Hochspannungsladesystem zum entfernten Wiederaufladen eines Elektrofahrzeugs ein Gehäuse, eine Hochspannungsbatterie, die eine Vielzahl von Batteriezellen aufweist, eine Kopplerbaugruppe, die ein Kabel und einen Fahrzeugverbinder aufweist, die dazu konfiguriert sind, mit einem Fahrzeugladeanschluss verbunden zu werden. Ein DC/DC-Wandler ist elektrisch zwischen dem Kabel und der Hochspannungsbatterie verbunden. Der DC/DC-Wandler ist dazu konfiguriert, eine von der Hochspannungsbatterie empfangene Spannung zu modifizieren und die modifizierte Spannung an das Kabel auszugeben. Eine Schaltanordnung ist dazu konfiguriert, in einem ersten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch mit dem DC/DC-Wandler zu verbinden und in einem zweiten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch zu isolieren. Eine Niederspannungsbatterie ist mit dem DC/DC-Wandler verbunden. Der DC/DC-Wandler ist dazu konfiguriert, die von der Hochspannungsbatterie empfangene Spannung auf eine mit der Niederspannungsbatterie kompatible Spannung herabzusetzen, sodass die Niederspannungsbatterie mit der Hochspannungsbatterie geladen werden kann. Ein Hochspannungsladeanschluss ist über die Schaltanordnung mit der Hochspannungsbatterie verbunden. Eine Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass der Fahrzeugverbinder in ein Fahrzeug eingeführt wird, (i) Ladeparameter an das zu ladende Fahrzeug zu senden und von diesem zu empfangen, (ii) eine Anforderung von dem Fahrzeug zu empfangen, mit dem Laden zu beginnen und (iii) als Reaktion auf das Empfangen der Anforderung, mit dem Laden zu beginnen, die Schaltanordnung in die erste Bedingung zu befehlen; und als Reaktion darauf, dass eine externe Ladevorrichtung mit dem Hochspannungsladeanschluss verbunden wird, (i) eine Anforderung an die externe Ladevorrichtung zu senden, mit dem Laden zu beginnen und (ii) die Schaltanordnung in die erste Bedingung zu befehlen, um die Hochspannungsbatterie zu laden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines tragbaren Hochspannungsladesystems.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Hochspannungsbatterie des tragbaren Ladesystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dieser Offenbarung.
3 ist ein Diagramm, das eine Verbindungsschnittstelle zwischen einem Fahrzeug und dem tragbaren Ladesystem veranschaulicht.
4 ist eine schematische Ansicht eines drahtlosen Kommunikationsmoduls und einer Kopplerbaugruppe eines tragbaren Hochspannungsladesystems gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung.
5 ist ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus zum Laden eines Fahrzeugs mit dem tragbaren Hochspannungsladesystem.
6 ist ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus zum Wiederaufladen des tragbaren Hochspannungsladesystems.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in dieser Schrift beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind in der vorliegenden Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Fahrzeuge bewegen sich weg von Brennkraftmaschinen und hin zur Elektrifizierung, um Verschmutzung zu reduzieren. Ein Elektrofahrzeug beinhaltet einen oder mehrere Motoren, die angetriebene Räder mit Leistung versorgen. Die Motoren können durch eine Traktionsbatterie mit Leistung versorgt werden. Die Traktionsbatterie oder ein Batteriepack speichert Energie, die von den Elektromotoren verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie stellt in der Regel eine Hochspannungs-(HV-)Gleichstrom-(DC-)Ausgabe von einem oder mehreren Batteriezellenarrays, die mitunter als Batteriezellenstapel bezeichnet werden, innerhalb der Traktionsbatterie bereit. Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich „Hochspannung“ auf mehr als oder gleich 50 Volt DC und 60 Volt AC. Die Batteriezellenarrays können eine oder mehrere Batteriezellen beinhalten. Die Batteriezellen, wie etwa prismatische Zellen, Pouch-Zellen, zylindrische Zellen oder eine beliebige andere Zellenart, wandeln gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie um. Die Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) beinhalten. Ein Elektrolyt kann ermöglichen, dass sich Ionen während einer Entladung zwischen der Anode und der Kathode bewegen und dann während einer Wiederaufladung zurückfließen. Anschlussklemmen können ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus der Zelle fließt.
Wie ihre Benzin-Gegenstücke weisen Elektrofahrzeuge eine begrenzte Reichweite auf und müssen regelmäßig wiederaufgeladen werden, um eine übermäßige Entladung der Batterie zu verhindern. Das Fahrzeug 12 kann durch eine mit einer externen Leistungsquelle verbundene Ladestation, wie etwa eine Stromversorgung für Elektrofahrzeuge (electric vehicle supply equipment - EVSE), wiederaufgeladen werden. Bei der externen Leistungsquelle kann es sich um ein elektrisches Leistungsverteilungsnetzwerk oder -netz handeln, wie es durch ein Elektrizitätsversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Die EVSE kann elektrische Leistung aufnehmen und die empfangene Leistung über ein Kabel und einen Verbinder übertragen, der in einen passenden Ladeanschluss an dem Elektrofahrzeug eingesteckt wird. Als ein Beispiel kann es sich bei der externen Leistung um AC-Leistung handeln, die an dem Ladeanschluss empfangen und durch eine bordeigene Ladevorrichtung, die sich innerhalb des Elektrofahrzeugs befindet, in DC-Leistung umgewandelt wird. Die bordeigene Ladevorrichtung kann dann betrieben werden, um die Traktionsbatterie zu laden. Alternativ kann sich die bordeigene Ladevorrichtung in der EVSE außerhalb des Elektrofahrzeugs befinden.
Wie bei benzinbetriebenen Fahrzeugen ist es möglich, dass einem Elektrofahrzeug mitten auf der Fahrt die Energie ausgeht, wodurch es liegenbleibt. Daher besteht Bedarf an einem tragbaren Ladesystem, das dazu in der Lage ist, der Fahrzeugtraktionsbatterie ausreichend Ladung bereitzustellen, sodass ein liegengebliebener Fahrer zum nächsten verfügbaren Ladesystem fahren kann, z. B. zu seinem Zuhause oder zu einer kommerziellen Ladestation. Das tragbare Ladesystem kann eine Hochspannungsbatterie, einen Verbinder, der dazu konfiguriert ist, mit dem Fahrzeugladeanschluss gekoppelt zu werden, und eine Schaltung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, Leistung von der Hochspannungsbatterie des tragbaren Ladesystems an die Traktionsbatterie des Fahrzeugs zu übertragen, um die Traktionsbatterie wiederaufzuladen. Das tragbare Ladesystem kann Gleichstrom (DC) und/oder Wechselstrom (AC) sein.
In einigen Ausführungsformen kann das tragbare Ladesystem ziemlich schwer sein, z. B. Hunderte von Pfund, und kann an einem Fahrzeug montiert sein, wie etwa einem Pannenhilfefahrzeug. Zum Beispiel kann das tragbare Ladesystem auf einer Ladefläche eines Lastkraftwagens oder hinten in einem gewerblichen Transporter gesichert sein. In anderen Ausführungsformen kann das tragbare Ladesystem leichter sein, was es einer Person ermöglicht, das tragbare Ladesystem mit einem Handwagen, Transportwagen oder dergleichen zu bewegen. Im Allgemeinen geben die Größe und das Gewicht des tragbaren Ladesystems die Energiespeicherkapazität vor. Das heißt, dass schwerere tragbare Ladesysteme typischerweise mehr Kilowattstunden (kWh) Energie speichern als leichtere. Dies kann es dem größeren Ladesystem ermöglichen, die Traktionsbatterie vollständiger zu laden und/oder mehr als ein Elektrofahrzeug an einer einzigen Ladevorrichtung des tragbaren Ladesystems abzufertigen. Unter Bezugnahme auf 1 kann ein tragbares DC-Ladesystem 20 ein Gehäuse 22 beinhalten, das die verschiedene elektrische Ausrüstung enthält. Außerhalb des Gehäuses 22 befindet sich eine Kopplerbaugruppe 23, die einen Verbinder 24 beinhaltet, der durch ein Kabel 26 an dem Gehäuse 22 angebracht ist. Der Verbinder 24 ist dazu konfiguriert, innerhalb eines Fahrzeugladeanschlusses 28 aufgenommen zu werden. Der Fahrzeugladeanschluss 28 ist als CCS Combo Typ 1 (SAE J1772) für Wechselstromladung und Schnellladung mit Gleichstrom gezeigt. Natürlich sind andere Arten von Fahrzeugladeanschlüssen verfügbar und können je nach Fahrzeughersteller, Modelljahr, Herkunftsland und anderen Standards variieren. Der Verbinder 24 ist als DC-Verbinder gezeigt und beinhaltet ein Paar von DC-Leitungen 30 und die Signalleitungen 32. Die Signalleitungen 32 können ein Steuerpilot, ein Näherungspilot und eine Erdung gemäß SAE J1772 sein.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist eine Hochspannungsbatterie 34 in dem Gehäuse 22 angeordnet. Die Batterie 34 kann eine Lithium-Ionen-Batterie sein oder eine andere Chemie aufweisen. Die Batterie 34 kann einen Träger 36 beinhalten, der mindestens ein Batteriearray 38 stützt. Zum Beispiel kann der Träger 36 ein Paar benachbarter Batteriearrays 38 stützen. Das mindestens eine Batteriearray 38 beinhaltet eine Vielzahl von gestapelten Batteriezellen 40. Jede Zelle 40 kann ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) beinhalten. Ein Elektrolyt kann ermöglichen, dass sich Ionen während einer Entladung zwischen der Anode und der Kathode bewegen und dann während einer Wiederaufladung zurückfließen. Die Anschlussklemmen 42 können ermöglichen, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus der Zelle fließt. Bei einer Positionierung in einem Array mit mehreren Batteriezellen können die Anschlussklemmen jeder Batteriezelle mit entgegengesetzten Anschlussklemmen (positiv und negativ) benachbart zueinander ausgerichtet sein und kann eine Stromschiene dabei helfen, eine Reihenschaltung zwischen den mehreren Batteriezellen zu ermöglichen. Die Batteriezellen können auch parallel angeordnet sein, sodass ähnliche Anschlussklemmen (positiv und positiv oder negativ und negativ) benachbart zueinander sind. Die Zellen 40 können Pouch-Zellen, prismatische Zellen, zylindrische Zellen oder eine beliebige andere Art sein. Die Zellen 40 können in einer linearen Anordnung gestapelt sein, um die Arrays zu bilden. Eine Vielzahl von Zellabstandshaltern 44 kann mit den Zellen 40 verschachtelt sein. Die Batterie 34 kann ein Paar von positiven und negativen Anschlussklemmen 46, 48 beinhalten, die mit der Leistungselektronik des Ladesystems 20 verbunden sind. Die Batterie 34 kann eine Energiespeicherkapazität von mindestens 5 kWh aufweisen. Die Batterie 34 kann ein Wärmeverwaltungssystem zum Regulieren einer Temperatur der Batterie beinhalten. Zum Beispiel kann die Batterie ein Luftkühlsystem beinhalten, das einen Lüfter und Luftkanäle aufweist, oder ein Flüssigkühlmittelsystem einsetzen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann die Leistungselektronik des Ladesystems 20 einen DC/DC-Wandler 50 beinhalten, der durch ein oder mehrere Schütze 52 mit der Batterie 34 verbunden werden kann. Der DC/DC-Wandler 50 ist zudem elektrisch mit einer Niederspannungsbatterie 54 verbunden. Die Niederspannungs-(LV-)Batterie 54 kann 12 Volt, 24 Volt, 48 Volt oder dergleichen sein. Die LV-Batterie 54 ist Teil eines Niederspannungssystems, das die Steuerungen des Ladesystems 20 einschließlich einer Batteriesteuerung 56 und einer Kommunikationssteuerung 58 mit Leistung versorgt. Das Niederspannungssystem kann zudem eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (human-machine interface - HMI) 60 mit Leistung versorgen. Die HMI 60 kann eine Anzeige, z. B. einen Touchscreen, Tasten, Wählscheiben, Schalter, Audio, ein Mikrofon usw. beinhalten. Das Ladesystem 20 kann auch dazu konfiguriert sein, drahtlos mit einer entfernten Vorrichtung, z. B. einem Mobiltelefon, zu kommunizieren. Zum Beispiel kann das Ladesystem 20 eine zugehörige Anwendung aufweisen, die auf eine Vorrichtung eines Benutzers, z. B. ein Mobiltelefon, heruntergeladen werden kann.
Die HMI 60 kann eine Anzeige beinhalten, die Parameter des Ladens zeigt, wie etwa die von dem Ladesystem 20 an das Fahrzeug übertragene Energiemenge, z. B. einen kWh-Zähler, Spannungsmesswerte, Strommesswerte, Ladestatus, Ladezustand (state of charge - SOC) der Batterie 34 und SOC der Fahrzeugtraktionsbatterie. Die Anzeige kann auch ein Ladeziel anzeigen, z. B. SOC der Traktionsbatterie, kWh übertragene Energie, einen Zeitgeber und dergleichen.
Die Steuerungen des Ladesystems 20, wie etwa die Batteriesteuerung 56 und die Kommunikationssteuerung 58, können Teil eines größeren Steuersystems sein und durch verschiedene andere Steuerungen in der Fahrzeugladevorrichtung gesteuert werden. Es versteht sich daher, dass die Steuerungen 56 und 58 und eine oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als eine „Steuerung“ bezeichnet werden können, die verschiedene Aufgaben im Zusammenhang mit dem Laden eines Fahrzeugs und dem Wiederaufladen der HV-Batterie 34 steuert. Die Steuerungen können einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (central processing unit - CPU) beinhalten, der/die mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien in Kommunikation steht. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können zum Beispiel flüchtigen und nicht flüchtigen Speicher in Festwertspeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM) und Keep-Alive-Speicher (keep-alive memory - KAM) beinhalten. KAM ist ein dauerhafter oder nicht flüchtiger Speicher, der zum Speichern verschiedener Betriebsvariablen, während die CPU heruntergefahren ist, verwendet werden kann. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung beliebiger einer Reihe bekannter Speichervorrichtungen umgesetzt sein, wie etwa PROMs (programmierbarer Festwertspeicher), EPROMs (elektrischer PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), Flash-Speicher oder beliebigen anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die zum Speichern von Daten in der Lage sind, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die durch die Steuereinrichtung beim Steuern des Fahrzeugs verwendet werden.
Die Steuerungen können mit verschiedenen Sensoren und Aktoren über eine Eingabe- /Ausgabe-(E/A-)Schnittstelle kommunizieren, die als einzelne integrierte Schnittstelle umgesetzt sein kann, die verschiedene Rohdaten oder Signalkonditionierung, -verarbeitung und/oder -umwandlung, Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ können ein oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmware-Chips verwendet werden, um bestimmte Signale zu konditionieren und zu verarbeiten, bevor sie der CPU zugeführt werden. Wenngleich sie nicht ausdrücklich veranschaulicht sind, wird der Durchschnittsfachmann verschiedene Funktionen oder Komponenten erkennen, die in jedem der Teilsysteme durch die Steuerung(en) gesteuert werden können.
Die Batteriesteuerung 56 fungiert als Steuerung für die Traktionsbatterie 34 und kann außerdem ein elektronisches Überwachungssystem beinhalten, das die Spannung, die Leistung, den Strom, die Temperatur und den Ladezustand für jede der Batteriezellen verwalten kann. Die Batterie 34 kann einen Temperatursensor aufweisen, wie etwa einen Thermistor oder einen anderen Temperatursensor. Der Temperatursensor kann mit der Batteriesteuerung 56 in Kommunikation stehen, um Temperaturdaten bereitzustellen. Die Steuerung 56 kann integrierte Spannungs- und/oder Stromsensoren beinhalten. Die Steuerung 56 ist zudem dazu konfiguriert, Batteriewartung, wie etwa Zellenausgleich, durchzuführen.
Die Kommunikationssteuerung 58 ist programmiert, um mit einem Fahrzeug zu kommunizieren, um das Laden der Fahrzeugtraktionsbatterie zu ermöglichen. Die Steuerung 58 kann mit dem Fahrzeug über den Verbinder 24 kommunizieren, z. B. über Stromleitungskommunikation oder drahtlos über WiFi, BLUETOOTH oder dergleichen. Die Kommunikationssteuerung 58 ist dazu in der Lage, Sicherheitsprotokolle und Ladeprotokolle an das Fahrzeug zu kommunizieren und das Laden aktiv zu verwalten, Rückkopplungsregelungen mit geschlossenem Regelkreis und Fehlererkennung durchzuführen. Das Ladesystem 20 kann außerdem eine Leistungsversorgung 64 beinhalten, die ermöglicht, dass die Batterie 54 unter Verwendung einer AC-Leistungsquelle, wie etwa einer Wandsteckdose, oder einer DC-Leistungsquelle geladen wird.
Unter Bezugnahme auf 3 kann das Ladesystem 20 in einer oder mehreren Ausführungsformen mit einem Fahrzeug über Stromleitungskommunikation unter Verwendung einer Signalisierungsschaltung gemäß SAE J1772 kommunizieren. Der Verbinder 24 kann fünf Stifte, zwei Hochspannungs-DC-Leitungsstifte 30a, 30b und drei Signalstifte 32, beinhalten. Die Signalstifte 32 beinhalten einen Erdungsstift 66, einen Pilotstift 68 und einen Näherungsstift 70. Die Stifte können Steckerstifte oder Steckbuchsenstifte sein. Diese fünf Stifte werden mit fünf entsprechenden Stiften 72 an dem Fahrzeug verbunden.
Das Fahrzeug kann DC-Leistungsleitungen 74 aufweisen, die über Schütze 78 mit der Fahrzeugtraktionsbatterie verbunden sind. Das Fahrzeug kann zudem AC-Leistungsleitungen aufweisen, die durch eine Ladevorrichtung 82 und Schütze 84 mit der Batterie 76 verbunden sind. Die Ladevorrichtung 82 kann die AC-Spannung in eine DC-Spannung umwandeln, die von der Batterie 76 benötigt wird. Der Betrieb kann durch eine oder mehrere Fahrzeugsteuerungen und durch die Steuerungen des Ladesystems 20 gesteuert werden. Die Fahrzeugschütze koppeln selektiv Ausgangsleitungen 86 des Ladesystems 20 an die Anschlussklemmen der Traktionsbatterie 76. Die Fahrzeugschütze können die Batterie 76 von dem Ladesystem 20 isolieren, wenn die Traktionsbatterie nicht geladen wird. Wenn eine Verbindung zu den Ausgangsleitungen 86 der Ladevorrichtung benötigt wird, können die Schütze geschlossen werden, um die Batterie 34 mit dem Ladesystem 20 zu verbinden. Die Schütze können durch ein Steuersignal geöffnet und geschlossen werden, das durch eine oder mehrere Fahrzeugsteuerungen angetrieben wird. Die Schütze können ein Relais-Schütz oder eine Festkörpervorrichtung nutzen, um die Funktion zu erzielen. Die Schütze können geöffnet werden, wenn der Ladeverbinder 24 nicht an dem Ladeanschluss 28 angebracht ist.
Der Verbinder 24 wird mit dem Fahrzeugladeanschluss 28 verbunden. Das Ladesystem 20 kann dem Fahrzeug 12 eine oder mehrere Hochleistungsleitungen 86 bereitstellen. Die Leitungen können AC oder DC sein. In dem veranschaulichten Beispiel sind die Leitungen 86 DC und sind mit den DC-Stiften des Fahrzeugladeanschlusses 28 verbunden. Die Hochleistungsleitungen 86 können eine Leitung für Hochspannung und eine Rückleitung zum Schließen der Schaltung bereitstellen. Das Ladesystem 20 kann dazu in der Lage sein, die Batterie 34 über die Schütze 52 mit den Hochleistungsleitungen 86 zu verbinden und von diesen zu trennen. Die Schütze 52 können durch ein Steuersignal 90 geöffnet und geschlossen werden, das durch die Steuerung 58 angetrieben wird. Die Schütze 52 können ein Relais-Schütz oder eine Festkörpervorrichtung nutzen, um die Funktion zu erzielen. Das Steuersignal 90 kann eine Relaisspule antreiben, um ein Relais zu steuern.
Zusätzlich zu den Hochleistungsleitungen 86 kann das Ladesystem 20 über eine Anzahl von Signalleitungen eine Schnittstelle mit dem Fahrzeug bilden, um das Steuern des Ladevorgangs zu unterstützen. Die Signalleitungen sind Signale mit niedriger Leistung, die eine Schnittstelle zwischen dem Steuermodul 58 des Ladesystems 20 und der Steuerung in dem Fahrzeug bereitstellen. Die Steuerung 58 kann ein Mikroprozessorsystem beinhalten, das die Fähigkeit aufweist, die Eingangswerte zu verarbeiten und gegebenenfalls Ausgangssignale zu erzeugen. Die Steuerungen können eine geeignete Analog-Digital-Wandlerschaltung beinhalten, um den Spannungspegel der Signale zu messen.
Die Signale können überwacht werden, um zu bestimmen, ob der Verbinder 24 mit dem Ladeanschluss 28 verbunden ist. Das Erfassen einer Verbindung ist wichtig, da es eine Angabe darüber bereitstellen kann, dass ein Laden möglich ist, und zudem verhindert, dass ein Fahrer wegfährt, während der Verbinder 24 an dem Fahrzeug angebracht ist. Es kann ein Näherungssignal 92 definiert sein, das einen Eingriffszustand zwischen dem Ladeanschluss 28 und dem Verbinder 24 angibt. Die durch die Steuerung 58 gemessene Spannung des Näherungseingangs 92 kann auf Grundlage der Konfiguration verschiedener Widerstände in der Schaltung variieren.
Zusätzlich zu den Signalverbindungen kann durch den Verbinder 24 eine Erdungsverbindung 94 bereitgestellt werden. Die Erdungsverbindung 94 kann einen Weg zu der Erdungsverbindung 96 des Ladesystems 20 bereitstellen. Die entsprechende Verbindung des Fahrzeugladeanschlusses 28 kann mit einer Erdungsverbindung 98 des Fahrzeugs verbunden sein. Wenn der Verbinder 24 in den Ladeanschluss 28 eingesteckt ist, können die Erdung 96 der Ladevorrichtung und die Fahrzeugerdung 98 einen gemeinsamen Pegel aufweisen. Die gemeinsame Erdung 96 ermöglicht, dass beide Steuerungen den gleichen Pegel der Spannungen auf den Signalleitungen (92, 100) bestimmen.
Die Spannung des Näherungserfassungseingangs 92 an dem Eingang der Fahrzeugsteuerung variiert in Abhängigkeit von dem Spannungsteilernetzwerk, das durch die Widerstandswerte in dem Verbinder 24 und dem Fahrzeugladeanschluss 28 erzeugt wird. In einem nicht verbundenen Zustand kann das Näherungssignal 92 eine Spannung aufweisen, die das Ergebnis einer Spannungsteilerschaltung ist, die aus den Widerständen R4 102 und R5 104 relativ zur Fahrzeugerdung 98 besteht. Die ungefähre Spannung, die an der Fahrzeugsteuerung gemessen werden würde, kann 5 V* (R5/(R5+R4) betragen. Eine Spannung bei diesem Pegel kann eine Trennung zwischen dem Ladeanschluss 28 und dem Ladesystem 20 angeben.
Wenn der Verbinder 24 in den Ladeanschluss 28 eingeführt ist und die Stifte Kontakt hergestellt haben, können die Widerstände R6 106 und R7 108 parallel zu dem Widerstand R5 104 sein. Dadurch ändert sich das Spannungsteilernetzwerk und die an dem Näherungserfassungseingang 92 gemessene Spannung. Der Verbinder 24 kann eine Taste oder Verriegelung aufweisen, die einen Schalter S3 110 betätigt. Die Taste oder Verriegelung kann den Zustand des Schalters S3 110 ändern, wenn der Verbinder 24 eingeführt oder entfernt wird. Wenn der Schalter S3 110 offen ist, ist die Reihenschaltung von R6 106 und R7 108 parallel zu R5 104. Wenn der Schalter S3 110 geschlossen ist, ist R6 106 parallel zu R5 104. In jedem Fall ändert sich der Pegel der durch die Steuerung 58 gemessenen Spannung. Durch Messen der Spannung des Näherungserfassungsstifts 70 kann die Steuerung 58 bestimmen, ob der Verbinder 24 angebracht ist und den Status des Schalters S3 110.
Bei physischer Verbindung des Verbinders 24 mit dem Fahrzeugladeanschluss 28 erfasst die Näherungsschaltung einen Spannungsabfall, z. B. von 12 V auf 9 V, was angibt, dass das Ladesystem 20 mit dem Fahrzeug verbunden ist. Dies aktiviert einen Oszillator (Wellenformgenerator) 112 der Steuerpilotschaltung 100. Die Steuerpilotschaltung 100 wird verwendet, um den Ladevorgang zwischen dem Ladesystem 20 und dem Fahrzeug zu steuern. Die Steuerungspilotschaltung beinhaltet einen Oszillator 112, der dazu konfiguriert ist, ein Impulsbreitenmodulationssignal (pulse width modulation - PWM) von plus/minus 12 V bei einem Arbeitszyklus von 1 Kilohertz (kHz) zu erzeugen. Während des Betriebs kann der Arbeitszyklus variieren. Dieses PWM-Signal wird über das Kabel/den Anschluss an das Fahrzeug kommuniziert und durch die Fahrzeugsteuerung erfasst.
Es wird erwartet, dass das Fahrzeug und das Ladesystem 20 das Pilotsignal 100 überwachen und gemäß dem Status des Signals reagieren. Die Steuerung 58 kann das Pilotsignal 100 in Abhängigkeit von dem Ladestatus mit Ausgangswerten von +12 V, -12 V oder einer PWM-Ausgabe verbinden. Wenn der Verbinder 24 mit dem Ladeanschluss 28 in Eingriff steht, kann die Steuerung 58 den Stift des Pilotsignals 68 mit +12 V verbinden. Wenn der Verbinder 24 von dem Ladeanschluss 28 getrennt wird, kann das Fahrzeug S2 öffnen und die Steuerung 56 kann neben anderen Aufgaben die Schütze 52 öffnen.
Sobald der Verbinder 24 mit dem Fahrzeugladeanschluss 28 in Eingriff steht, können die +12 V, die von der Steuerung 58 stammen, der Fahrzeugpilotsignalschaltung bereitgestellt werden. Wenn der Verbinder 24 mit dem Ladeanschluss 28 in Eingriff steht und verbunden ist, kann die Spannung des Pilotsignals 100 an dem Verbinder durch den Spannungsteiler definiert sein, der durch die Widerstände R1 114 und R3 116 relativ zur Erdung 96 gebildet wird. Die resultierende Spannung kann der Fahrzeugsteuerung und der Steuerung 58 angeben, dass der Verbinder 24 mit dem Ladeanschluss 28 verbunden ist und ein gültiges Pilotsignal 100 darstellt. Unter normalen Bedingungen kann das Näherungserfassungssignal 92 den gleichen Eingriffsstatus angeben.
Als Reaktion darauf, dass eine Verbindung hergestellt ist, kann die Fahrzeugsteuerung einen Schalter S2 118 schließen, wodurch der Widerstand R2 120 parallel zu dem Widerstand R3 116 platziert wird. Der Schalter S2 118 kann normalerweise offen sein. Der Schalter S2 118 kann durch die Fahrzeugsteuerung über ein Steuersignal gesteuert werden. Die Fahrzeugsteuerung sollte den Schalter S2 118 schließen, wenn sie bestimmt, dass das Fahrzeug bereit ist, Energie von dem Ladesystem 20 aufzunehmen. Das Schließen des Schalters S2 118 verändert den Spannungsteiler, der durch R1 114 und R3 116 gebildet wurde, indem der Widerstand R2 120 parallel zu dem Widerstand R3 116 platziert wird und der Spannungspegel des Pilotsignals 100 kann sich ändern. Die Steuerung 58 kann den Spannungspegel des Steuerpilots 100 überwachen, um auf Grundlage der Spannungsmessung den aktuellen Status des Pilotsignals 100 zu bestimmen.
Sobald bestimmt wurde, dass das Fahrzeug bereit ist, Energie von dem Ladesystem 20 aufzunehmen, kann die Steuerung 58 der Pilotleitung 100 ein PWM-Signal mit einer definierten Frequenz bereitstellen. Der Arbeitszyklus des PWM-Signals kann proportional zu der Strommenge sein, welche das Ladesystem 20 bereitstellen kann. Das Pilotsignal 100 kann als gültig betrachtet werden, wenn die Frequenz und der Arbeitszyklus des PWM-Signals innerhalb vordefinierter Grenzen liegen. Sobald das Fahrzeug bereit ist, Energie von dem Ladesystem 20 aufzunehmen, können die Schütze 52 zum Bereitstellen von Leistung an das Fahrzeug geschlossen werden.
SAE J1772 ist nur ein beispielhafter Standard für Stromleitungskommunikation und Pin-Konfiguration. Andere Standards sind verfügbar und diese können mit dem Ladesystem 20 verwendet werden. Das Ladesystem 20 kann zudem einzigartige Schaltungen zum Kommunizieren mit dem Fahrzeug und zum Verwalten des Ladens beinhalten.
Unter Bezugnahme auf 4 kann das Ladesystem in einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen auch unter Verwendung von drahtloser Kommunikation, wie etwa BLUETOOTH und/oder WiFi, mit dem Fahrzeug kommunizieren. Zum Beispiel kann ein tragbares Hochspannungsladesystem 150 einen drahtlosen Sendeempfänger 152 (z. B. ein BLUETOOTH-Modul, einen ZIGBEE-Sendeempfänger, einen WiFi-Sendeempfänger, einen IrDA-Sendeempfänger, einen RFID-Sendeempfänger usw.) beinhalten, der dazu konfiguriert ist, mit einem kompatiblen drahtlosen Sendeempfänger des zu ladenden Fahrzeugs zu kommunizieren. Der drahtlose Sendeempfänger ist elektrisch mit einer Kommunikationssteuerung 154 des Ladesystems 150 verbunden. Die Kommunikationssteuerung 154 ist dazu konfiguriert, über den Sendeempfänger 152 Daten an das Fahrzeug zu senden und von diesem zu empfangen. Wenn drahtlose Kommunikation anstelle von Stromleitungskommunikation verwendet wird, benötigt der Fahrzeugverbinder 156 keine Signalstifte. (Obwohl in einigen Ausführungsformen das Ladesystem sowohl über Stromleitungskommunikation als auch über drahtlose Kommunikation kommunizieren kann.) Somit kann der Verbinder 156 nur zwei Hochspannungsstifte 158 und einen Erdungsstift 160 beinhalten.
Steuerlogik oder -funktionen, die durch die Steuerung(en) des Ladesystems 20 durchgeführt werden, können durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Diagramme in einer oder mehreren Figuren dargestellt sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder eine - logik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen, umgesetzt werden können/kann. Demnach können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Wenngleich dies nicht immer ausdrücklich veranschaulicht ist, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden können, je nach konkret eingesetzter Verarbeitungsstrategie. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die hierin beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern soll stattdessen die Veranschaulichung und Beschreibung erleichtern. Die Steuerlogik kann hauptsächlich als Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Steuerung ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerlogik in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung in Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein. Bei einer Umsetzung als Software kann die Steuerlogik in einer/einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder - medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, welche einen Code oder Anweisungen darstellen, der/die durch einen Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder von dessen Teilsystemen ausgeführt wird/werden. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Reihe bekannter physischer Vorrichtungen beinhalten, die einen elektrischen, magnetischen und/oder optischen Speicher nutzen, um ausführbare Anweisungen und zugeordnete Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen zu speichern.
5 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm 200 von Steuerungen zum Laden eines Fahrzeugs mit dem tragbaren Hochspannungsladesystem. Die Steuerungen können der ISO-Norm 15118 entsprechen. Bei Vorgang 202 wird das tragbare Ladesystem eingeschaltet. Bei Vorgang 202 wird der Verbinder des tragbaren Ladesystems in den Fahrzeugladeanschluss eingesteckt. Bei Vorgang 206 wird eine Kommunikation zwischen der einen oder den mehreren Steuerungen des tragbaren Ladesystems und der einen oder den mehreren Steuerungen des Fahrzeugs hergestellt. Bei Vorgang 208 wird ein Initialisierungssignal an das Fahrzeug gesendet, um die Fahrzeugsteuerung zu aktivieren. In einer oder mehreren Ausführungsformen mit Stromleitungskommunikation wird das Initialisierungssignal über die Pilotschaltung gesendet. In einer oder mehreren Ausführungsformen mit drahtloser Kommunikation wird das Initialisierungssignal über einen drahtlosen Sendeempfänger gesendet. Bei Vorgang 210 sendet die Steuerung des tragbaren Ladesystems Daten an die Fahrzeugsteuerung und empfängt Daten von dieser, um Ladeeigenschaften zu kommunizieren. Die Daten können Sicherheitsprotokolle, Ladeparameter, Steuerungen mit geschlossenem Regelkreis und Fehlererkennung beinhalten. Die Ladeparameter können Batteriespannung, Spitzenleistungsgrenzen der Ladevorrichtung und des Fahrzeugs, Batteriekapazitäten für die Hochspannungsbatterie des Ladesystems und die Traktionsbatterie usw. beinhalten. Die Kommunikationen von Vorgang 210 beinhalten auch Daten in Bezug auf das Einleiten des Ladens. Zum Beispiel kann die Steuerung des tragbaren Ladesystems eine Anforderung (ein Ladebereitschaftssignal) von dem Fahrzeug empfangen, mit dem Laden zu beginnen. Als Reaktion auf die Anforderung, mit dem Laden zu beginnen, schließt das tragbare Ladesystem bei Vorgang 212 seine Schütze, um die Hochspannungsbatterie elektrisch mit dem DC/DC-Wandler und dem Verbinder zu verbinden. Während dies nicht erforderlich ist, kann das Ladesystem in einigen Ausführungsformen und insbesondere, wenn kein DC/DC enthalten ist, eine Initialisierungssequenz zum Schließen der Schütze beinhalten. Zum Beispiel kann das Ladesystem eine vorgeladene Schaltung beinhalten, die ein Vorladeschütz aufweist, das geschlossen ist, um den Bus vor dem Schließen der Hauptschütze mit Leistung zu versorgen.
Sobald die Schütze des Ladesystems geschlossen sind, beginnt Leistung von der Hochspannungsbatterie des Ladesystems zu der Traktionsbatterie des Fahrzeugs zu fließen. Bei Vorgang 214 modulieren die eine oder die mehreren Steuerungen des tragbaren Ladesystems den Leistungsfluss auf Grundlage von Ladeparametern. Zum Beispiel kann die Steuerung des Ladesystems den DC/DC-Wandler steuern, um die Spannung zu regulieren, die den Hochspannungsstiften des Ladesystems bereitgestellt wird. Der DC/DC-Wandler kann die durch die Hochspannungsbatterie bereitgestellte Spannung verstärken, um Leistung mit einer höheren Spannung zu liefern, die mit dem Fahrzeug kompatibler ist.
Das Laden der Traktionsbatterie durch das tragbare Ladesystem ist typischerweise keine vollständige Ladung und ist stattdessen eine Teilladung, die dazu ausgelegt ist, das Fahrzeug mit ausreichend Energie zu versorgen, damit es nach Hause oder zu der nächsten verfügbaren Ladestation fahren kann. Die dafür erforderliche Energiemenge variiert in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Fahrzeugs und der Entfernung des liegengebliebenen Fahrzeugs zu der nächsten verfügbaren Ladequelle. Das Laden des Fahrzeugs mit dem tragbaren Ladesystem kann für eine bestimmte Zeitdauer, bis die Traktionsbatterie einen bestimmten SOC oder eine bestimmte Spannung erreicht, für eine vorbestimmte Energiemenge (kWh) usw. andauern. Einer oder mehrere dieser Parameter können als Ziel zum Beenden des Ladens verwendet werden. Zum Beispiel kann das Laden als Reaktion darauf enden, dass ein Zeitgeber abläuft, die Traktionsbatterie einen Ziel-SOC erreicht, die Traktionsbatterie eine Zielspannung erreicht, ein Energiezähler eine Zielenergie erreicht (z. B. ein kWh-Zähler einen Schwellenwert erreicht) oder ein SOC des Ladesystems niedriger als oder gleich wie ein Schwellenwert ist. Bei Vorgang 216 wird das Ziel verfolgt und das Laden endet als Reaktion darauf, dass das Ladeziel erreicht wird.
Sobald das Ladeziel erreicht ist, beginnt das Ladesystem eine Abschaltsequenz, die bei Vorgang 218 das Öffnen der Schütze beinhaltet, um die Hochspannungsbatterie des Ladesystems elektrisch von den Stiften des Verbinders zu trennen. Sobald das Laden abgeschlossen ist, kann die Anzeige eine Übersicht des Ladens anzeigen. Zum Beispiel können die Anzeigen die übertragene Energiemenge, die durchschnittliche Spannung der Ladung, die Spitzenspannung der Ladung, die Dauer der Ladung und den aktuellen SOC der Hochspannungsbatterie des Ladesystems zeigen. Diese Informationen können für ein Pannenhilfeunternehmen nützlich sein, um eine geldliche Vergütung für das Ladeereignis zu bestimmen. Bei Vorgang 222 wird das tragbare Ladesystem ausgeschaltet und der Verbinder von dem Fahrzeug entfernt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann das Ladesystem 20 einen Hochspannungsladeanschluss 240 aufweisen, um ein schnelleres Laden der Hochspannungsbatterie 34 zu ermöglichen. Der Hochspannungsladeanschluss 240 kann DCkompatibel, AC-kompatibel oder eine Kombination aus beiden sein. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet der Ladeanschluss 240 DC-Stifte 242 und AC-Stifte 244. Dies ermöglicht, dass das Ladesystem 20 sowohl mit DC-Ladestationen als auch mit AC-Ladestationen kompatibel ist. Die DC-Stifte sind Teil einer DC-Schaltung 246, die die DC-Stifte 242 stromaufwärts der Schütze 52 mit dem Hochspannungsbus 248 verbinden. Da das DC-Laden mit der DC-Batterie 34 kompatibel ist, können die Stifte 242 direkt mit dem Hochspannungsbus 248 verbunden werden, ohne dass ein Wechselrichter oder eine andere Vorrichtung erforderlich ist. Im Gegensatz dazu erfordern die AC-Stifte 244 eine zugehörige Ladevorrichtung 250, die die AC-Leistung der Ladestation in DC-Leistung umwandelt, die mit der Batterie kompatibel ist. Der Ladeanschluss 240 kann einem oder mehreren Standards entsprechen, wie etwa CCS Combo Typ 1 (SAE J1772) für Wechselstromladung und Schnellladung mit Gleichstrom.
Der Ladebetrieb kann durch eine oder mehrere Steuerungen, wie etwa die Batteriesteuerung 56, gesteuert werden. Die Schütze 252 koppeln selektiv die Ausgangsleitungen 254 der Ladevorrichtung 250 an die Anschlussklemmen der Batterie 34. Die Schütze 252 können die Batterie 34 von der Ladevorrichtung 250 isolieren, wenn die Traktionsbatterie 34 nicht geladen wird. Wenn eine Verbindung zu den Ausgangsleitungen 254 der Ladevorrichtung benötigt wird, können die Schütze geschlossen werden, um die Batterie 34 mit der Ladevorrichtung 250 zu verbinden. Die Schütze können durch ein Steuersignal geöffnet und geschlossen werden, das durch eine oder mehrere Steuerungen, wie etwa die Steuerung 56, angetrieben wird. Die Schütze können ein Relais-Schütz oder eine Festkörpervorrichtung nutzen, um die Funktion zu erzielen. Die Schütze können geöffnet werden, wenn kein Ladeverbinder an dem Ladeanschluss 240 angebracht ist.
Das Ladesystem 20 kann drahtlos oder über Stromleitungskommunikation mit der Ladestation kommunizieren. Zum Beispiel kann das Ladesystem 20 gemäß SAE J1772 mit der Ladestation kommunizieren. Hier kann der Ladeanschluss 240 einen Erdungsstift 256, einen Näherungsstift 258 und einen Pilotsteuerstift 260 beinhalten. In einigen Ausführungsformen können der Näherungsstift und die zugehörige Schaltung weggelassen werden. Die Kommunikationssteuerung 58 des Ladesystems 20 kann eine andere Pilotsteuerschaltung für den Ladeanschluss 240 beinhalten. Diese Schaltung kann der vorstehend beschriebenen Pilotsteuerschaltung ähnlich sein.
6 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm 270 beispielhafter Steuerungen zum Wiederaufladen des tragbaren Ladesystems 20. Bei Vorgang 272 wird der Ladestecker innerhalb des Hochspannungsladeanschlusses des tragbaren Ladesystems aufgenommen. Sobald die Kommunikation hergestellt und die Ladeparameter ermittelt sind, wird das Laden der Batterie bei Vorgang 274 gestartet. Die Batteriezellen können während des Ladens der Batterie unter Verwendung einer Ausgleichsschaltung ausgeglichen werden. Verschiedene Parameter der Batterie können während des Ladens überwacht werden, um zu bestimmen, wann das Laden abgeschlossen ist, wie vorstehend beschrieben. Sobald diese Parameter eine vollständige Ladung angeben, endet das Laden bei Vorgang 276. Das Ladekabel kann dann bei Vorgang 278 entfernt werden. Ein ähnlicher Vorgang kann verwendet werden, um die Batterie unter Verwendung der Niederspannungs-AC-Leistungsversorgung 64 zu laden.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem/einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können unter anderem Folgendes beinhalten: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartungsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Somit liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein tragbares Hochspannungsladesystem zum entfernten Wiederaufladen eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Gehäuse; ein Array von Batteriezellen, die eine in dem Gehäuse angeordnete Hochspannungsbatterie bilden; eine Kopplerbaugruppe, die ein Kabel und einen Fahrzeugverbinder beinhaltet, die dazu konfiguriert sind, mit einem Fahrzeugladeanschluss verbunden zu werden; und eine Schaltanordnung, die von der Niederspannungsbatterie mit Leistung versorgt wird und dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch mit dem Kabel zu verbinden und in einem zweiten Zustand das Kabel stromlos zu schalten
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch einen DC/DC-Wandler gekennzeichnet, der dazu konfiguriert ist, die Spannung der Hochspannungsbatterie zu erhöhen oder zu verringern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Schaltanordnung ferner dazu konfiguriert, in dem ersten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch mit dem DC/DC-Wandler zu verbinden und in dem zweiten Zustand die Batterie zu isolieren.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Schaltanordnung mindestens ein Schütz. Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine Kommunikationssteuerung gekennzeichnet, die dazu konfiguriert ist, Daten an ein Fahrzeug zu senden und von diesem zu empfangen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Kommunikationssteuerung eine Pilotsteuerschaltung, die dazu konfiguriert ist, auf Grundlage von Spannungsmesswerten eine Verbindung mit einem Fahrzeug zu erkennen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Verbinder ein Paar von Hochspannungsleistungsstiften und einen Pilotstift, der Teil der Pilotsteuerschaltung ist. Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Verbinder ferner einen Erdungsstift und einen Näherungsstift.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine Batteriesteuerung gekennzeichnet, die dazu konfiguriert ist, die Spannung der Batterie zu überwachen und einen Ausgleich der Batteriezellen durchzuführen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine Steuerung gekennzeichnet, die durch eine Niederspannungsbatterie mit Leistung versorgt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: eine AC-Leistungsversorgung; und einen DC/DC-Wandler, der dazu konfiguriert ist, die Spannung der AC-Leistungsversorgung zu erhöhen oder zu verringern.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen Ladeanschluss, der ein Paar von Hochspannungs-DC-Stiften, einen Erdungsstift und mindestens einen Signalstift beinhaltet, wobei die DC-Stifte elektrisch mit der Batterie verbunden sind, wenn sich die Schaltanordnung in dem ersten Zustand befindet und von der Batterie elektrisch getrennt sind, wenn sich die Schaltanordnung in dem zweiten Zustand befindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: eine Ladevorrichtung; eine zweite Schaltanordnung, die dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch mit der Ladevorrichtung zu verbinden und in einem zweiten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch von der Ladevorrichtung zu trennen; eine Batteriesteuerung; und einen Ladeanschluss, der ein Paar von AC-Stiften, die elektrisch mit der Ladevorrichtung verbunden sind, einen Erdungsstift und mindestens einen Signalstift, der elektrisch mit der Batteriesteuerung verbunden ist, beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen drahtlosen Sendeempfänger; und eine Kommunikationssteuerung, die dazu konfiguriert ist, über den drahtlosen Sendeempfänger drahtlos Daten an ein Fahrzeug zu senden und von diesem zu empfangen, wobei die Kommunikationssteuerung zu Folgendem programmiert ist: Empfangen von Parametern einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs von einem Fahrzeug, Senden von Parametern der Hochspannungsbatterie an das Fahrzeug und Empfangen einer Anforderung von dem Fahrzeug, mit dem Laden zu beginnen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: eine Anzeige, die dazu konfiguriert ist, eine Energieübertragungsmenge von der Hochspannungsbatterie zu einem Fahrzeug anzuzeigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein tragbares Hochspannungsladesystem zum entfernten Wiederaufladen eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Gehäuse; eine Hochspannungsbatterie, die eine Vielzahl von Batteriezellen beinhaltet; eine Kopplerbaugruppe, die ein Kabel und einen Fahrzeugverbinder beinhaltet, die dazu konfiguriert sind, mit einem Fahrzeugladeanschluss verbunden zu werden; eine Schaltanordnung, die dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch mit dem Kabel zu verbinden und in einem zweiten Zustand das Kabel stromlos zu schalten; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist: Ladeparameter an ein zu ladendes Fahrzeug zu senden und von diesem zu empfangen, eine Anforderung von dem Fahrzeug zu empfangen, mit dem Laden zu beginnen, und als Reaktion auf das Empfangen der Anforderung, mit dem Laden zu beginnen, die Schaltanordnung in die erste Bedingung zu befehlen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, die Schaltanordnung als Reaktion darauf, dass ein Ladeziel erreicht wird, in die zweite Bedingung zu befehlen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch einen DC/DC-Wandler gekennzeichnet, der dazu konfiguriert ist, die Spannung der Hochspannungsbatterie zu erhöhen oder zu verringern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein tragbares Hochspannungsladesystem zum entfernten Wiederaufladen eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Gehäuse; eine Hochspannungsbatterie, die eine Vielzahl von Batteriezellen beinhaltet; eine Kopplerbaugruppe, die ein Kabel und einen Fahrzeugverbinder beinhaltet, die dazu konfiguriert sind, mit einem Fahrzeugladeanschluss verbunden zu werden; einen DC/DC-Wandler, der elektrisch zwischen dem Kabel und der Hochspannungsbatterie verbunden ist, wobei der DC/DC-Wandler dazu konfiguriert ist, eine von der Hochspannungsbatterie empfangene Spannung zu modifizieren und die modifizierte Spannung an das Kabel auszugeben; eine Schaltanordnung, die dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch mit dem DC/DC-Wandler zu verbinden und in einem zweiten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch zu isolieren; eine Niederspannungsbatterie, die mit dem DC/DC-Wandler verbunden ist, wobei der DC/DC-Wandler dazu konfiguriert ist, die von der Hochspannungsbatterie empfangene Spannung auf eine mit der Niederspannungsbatterie kompatible Spannung herabzusetzen, sodass die Niederspannungsbatterie mit der Hochspannungsbatterie geladen werden kann; einen Hochspannungsladeanschluss, der über die Schaltanordnung mit der Hochspannungsbatterie verbunden ist; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist: als Reaktion darauf, dass der Fahrzeugverbinder in ein Fahrzeug eingeführt wird, (i) Ladeparameter an das zu ladende Fahrzeug zu senden und von diesem zu empfangen, (ii) eine Anforderung von dem Fahrzeug zu empfangen, mit dem Laden zu beginnen und (iii) als Reaktion auf das Empfangen der Anforderung, mit dem Laden zu beginnen, die Schaltanordnung in die erste Bedingung zu befehlen und als Reaktion darauf, dass eine externe Ladevorrichtung mit dem Hochspannungsladeanschluss verbunden wird, (i) eine Anforderung an die externe Ladevorrichtung zu senden, mit dem Laden zu beginnen und (ii) die Schaltanordnung in die erste Bedingung zu befehlen, um die Hochspannungsbatterie zu laden.

Claims

Tragbares Hochspannungsladesystem zum entfernten Wiederaufladen eines Elektrofahrzeugs, umfassend: ein Gehäuse; ein Array von Batteriezellen, die eine in dem Gehäuse angeordnete Hochspannungsbatterie bilden; eine Kopplerbaugruppe, die ein Kabel und einen Fahrzeugverbinder beinhaltet, die dazu konfiguriert sind, mit einem Fahrzeugladeanschluss verbunden zu werden; eine Niederspannungsbatterie, die in dem Gehäuse angeordnet ist; und eine Schaltanordnung, die durch die Niederspannungsbatterie mit Leistung versorgt wird und dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch mit dem Kabel zu verbinden und in einem zweiten Zustand das Kabel stromlos zu schalten.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen DC/DC-Wandler, der dazu konfiguriert ist, die Spannung der Hochspannungsbatterie zu erhöhen oder zu verringern.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 2, wobei die Schaltanordnung ferner dazu konfiguriert ist, in dem ersten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch mit dem DC/DC-Wandler zu verbinden und in dem zweiten Zustand die Batterie zu isolieren.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 1, wobei die Schaltanordnung mindestens ein Schütz beinhaltet.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Kommunikationssteuerung, die dazu konfiguriert ist, Daten an ein Fahrzeug zu senden und von diesem zu empfangen.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 5, wobei die Kommunikationssteuerung eine Pilotsteuerschaltung beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, auf Grundlage von Spannungsmesswerten eine Verbindung mit einem Fahrzeug zu erkennen.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 6, wobei der Verbinder ein Paar von Hochspannungsleistungsstiften und einen Pilotstift beinhaltet, der Teil der Pilotsteuerschaltung ist.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 7, wobei der Verbinder ferner einen Erdungsstift und einen Näherungsstift beinhaltet.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Batteriesteuerung, die dazu konfiguriert ist, die Spannung der Batterie zu überwachen und einen Ausgleich der Batteriezellen durchzuführen.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Steuerung, die durch die Niederspannungsbatterie mit Leistung versorgt wird.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 10, ferner umfassend: eine AC-Leistungsversorgung; und einen DC/DC-Wandler, der dazu konfiguriert ist, die Spannung der AC-Leistungsversorgung zu erhöhen oder zu verringern.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Ladeanschluss, der ein Paar von Hochspannungs-DC-Stiften, einen Erdungsstift und mindestens einen Signalstift beinhaltet, wobei die DC-Stifte elektrisch mit der Batterie verbunden sind, wenn sich die Schaltanordnung in dem ersten Zustand befindet und von der Batterie elektrisch getrennt sind, wenn sich die Schaltanordnung in dem zweiten Zustand befindet.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Ladevorrichtung; eine Schaltanordnung, die dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch mit der Ladevorrichtung zu verbinden und in einem zweiten Zustand die Hochspannungsbatterie elektrisch von der Ladevorrichtung zu trennen; eine Batteriesteuerung; und einen Ladeanschluss, der ein Paar von AC-Stiften, die elektrisch mit dem Ladegerät verbunden sind, einen Erdungsstift und mindestens einen Signalstift, der elektrisch mit der Batteriesteuerung verbunden ist, beinhaltet.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen drahtlosen Sendeempfänger; und eine Kommunikationssteuerung, die dazu konfiguriert ist, über den drahtlosen Sendeempfänger drahtlos Daten an ein Fahrzeug zu senden und von diesem zu empfangen, wobei die Kommunikationssteuerung zu Folgendem programmiert ist: Empfangen von Parametern einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs von einem Fahrzeug, Senden von Parametern der Hochspannungsbatterie an das Fahrzeug und Empfangen einer Anforderung von dem Fahrzeug, mit dem Laden zu beginnen.
Tragbares Hochspannungsladesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Anzeige, die dazu konfiguriert ist, eine Energieübertragungsmenge von der Hochspannungsbatterie zu einem Fahrzeug anzuzeigen.