DE102023002868A1

DE102023002868A1 - Bestimmung der Kapazitätskompatibilität zwischen Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeug und Elektrofahrzeug

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Publication number: DE102023002868A1
Application number: DE102023002868.1A
Authority: DE
Inventors: Ramesh Akula; Channakeshav Pichappa; Jayendra Kanipakam
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-07-22
Filing date: 2023-07-14
Publication date: 2024-01-25

Abstract

Ein System 100 zur Bestimmung der Kapazitätskompatibilität zwischen einer EVSE 110 und einem EV 120 wird offenbart, das eine Kapazitätsüberwachungseinheit 102, eine Schalteinheit 104 und eine Steuereinheit 106 aufweist. Die Kapazitätsüberwachungseinheit 102 überwacht Y-Kapazitätswerte der EVSE 110 und des EV 120. Die Steuereinheit 106 ist konfiguriert zum: Erhalten der überwachten Kapazitätswerte und dementsprechenden Schätzen eines Kapazitätsbudgets des EV 120; Bestimmen eines optimalen Kapazitätsschwellenwerts unter Berücksichtigung des geschätzten Kapazitätsbudgets des EV 120; Erzeugen eines Satzes von Warnsignalen, falls der Kapazitätswert der EVSE 110 den bestimmten Kapazitätsschwellenwert überschreitet; und Betätigen der Schalteinheit, um das Schalten von mindestens einem der einen oder mehreren Kondensatoren zu ermöglichen, die mit einer/einem beliebigen oder einer Kombination aus der EVSE 110 und dem EV 120 verbunden sind.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Ladeanordnung für Elektrofahrzeuge. Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung ein System zur Bestimmung der Kapazitätskompatibilität zwischen einer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) und einem Elektrofahrzeug (EV) bereit.
Derzeit gewinnen Elektrofahrzeuge auf der ganzen Welt enorm an Popularität. Elektrofahrzeuge müssen von Zeit zu Zeit mit elektrischer Energie aufgeladen werden. Daher werden Ladestationen gebaut, um das Aufladen der Elektrofahrzeuge zu erleichtern. Bevor jedoch die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) an der Ladestation an ein Elektrofahrzeug angeschlossen wird, muss die Kompatibilität zwischen der EVSE und dem zu ladenden Fahrzeug geprüft werden, um die HV-Sicherheitsstandards in Bezug auf die Y-Kapazität zu erfüllen. Es wurden zahlreiche Techniken entwickelt, um eine Kompatibilitätsprüfung zwischen der EVSE und dem Fahrzeug zu ermöglichen.
Beispielsweise offenbart das Patentdokument EP3815958A1 eine Elektrofahrzeug-Ladeanordnung und ein entsprechendes Verfahren, wobei die Elektrofahrzeug-Ladeanordnung eine EVSE umfasst, die mit einem Elektrofahrzeug gekoppelt werden kann und eine Vielzahl von Leistungsstufen umfasst, die jeweils zur Bereitstellung elektrischer Energie zum Laden des Elektrofahrzeugs konfiguriert sind, wobei jede der Vielzahl von Leistungsstufen eine Y-Kapazität umfasst. Mindestens ein Ausgang ist konfiguriert, um das Elektrofahrzeug mit mindestens einer der Leistungsstufen zum Laden des Elektrofahrzeugs zu verbinden, und mindestens ein Schalter ist konfiguriert, um zwei Leistungsstufen parallel und/oder in Reihe zu schalten. Die Elektrofahrzeug-Ladeanordnung besteht ferner aus einer Steuervorrichtung zur Steuerung der Vielzahl von Leistungsstufen. Die Elektrofahrzeuge sind zum Schalten des mindestens einen Schalters basierend auf der Y-Kapazität und einer Fahrzeuginformation konfiguriert.
Das Patentdokument EP3640076A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entladen eines Y-Kondensators, wobei die Vorrichtung ein Batteriemodul umfasst, das mit einem Fahrzeugmodul gekoppelt werden kann. Das Batteriemodul umfasst eine Energiequelle und eine mit der Energiequelle gekoppelte Isolationsüberwachungsschaltung. Die Isolationsüberwachungsschaltung ist so konfiguriert, dass sie in der Lage ist, ein Y-Kondensatormodul zu entladen, wenn das Batteriemodul mit dem Fahrzeugmodul gekoppelt ist.
Während die zitierten Referenzen verschiedene Systeme und Verfahren zur Überprüfung der Kapazitätskompatibilität zwischen EVSE und einem EV offenbaren, gibt es jedoch die Möglichkeit, ein zuverlässigeres und intelligenteres System bereitzustellen, das eine effiziente Bestimmung und Steuerung der Kapazitätskompatibilität zwischen EVSE und EV ermöglicht.
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Systems zur Bestimmung der Y-Kapazitätskompatibilität zwischen einer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) und einem Elektrofahrzeug (EV).
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Systems, das das Schalten eines oder mehrerer Kondensatoren zur Steuerung der Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE und dem EV ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Systems, das die Bestimmung der Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE und dem EV sowohl vor dem Beginn des Gleichstromladens als auch während des Ladevorgangs erleichtert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Systems, das den Fahrer des Elektrofahrzeugs warnt, wenn keine Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE und dem EV besteht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines intelligenten, effizienten und zuverlässigen Systems zur Vermeidung von elektrischen Gefahren, die durch Kapazitätsinkompatibilität zwischen der EVSE und dem EV entstehen können.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen eine Ladeanordnung für Elektrofahrzeuge. Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung ein System zur Bestimmung der Kapazitätskompatibilität zwischen einer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) und einem Elektrofahrzeug (EV) bereit.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein System zur Bestimmung der Y-Kapazitätskompatibilität zwischen einer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) und einem Elektrofahrzeug (EV). Das System umfasst: eine Kapazitätsüberwachungseinheit, eine Schalteinheit sowie eine Steuereinheit, die mit der Kapazitätsüberwachungseinheit und der Schalteinheit kommuniziert. Die Kapazitätsüberwachungseinheit ist konfiguriert, um Y-Kapazitätswerte der EVSE und des EV zu überwachen; die Schalteinheit ist konfiguriert, um einen oder mehrere Kondensatoren zu schalten, die mit der EVSE und dem EV verbunden sind; und die Steuereinheit ist konfiguriert zum: Erhalten, von der Kapazitätsüberwachungseinheit, der überwachten Kapazitätswerte der EVSE und des EV und zum dementsprechenden Schätzen eines Kapazitätsbudgets des EV; Bestimmen eines optimalen Kapazitätsschwellenwerts unter Einbeziehung des geschätzten Kapazitätsbudgets des EV; Vergleichen des erhaltenen Kapazitätswerts der EVSE mit dem bestimmten Kapazitätsschwellenwert; Erzeugen eines Satzes von Warnsignalen für den Fall, dass der verglichene Kapazitätswert der EVSE den bestimmten Kapazitätsschwellenwert überschreitet; und Betätigen der Schalteinheit entsprechend dem erzeugten Satz von Warnsignalen, wobei die Betätigung der Schalteinheit das Schalten von mindestens einem des einen oder der mehreren Kondensatoren ermöglicht, die mit einer beliebigen oder einer Kombination aus der EVSE und dem EV verbunden sind, wodurch eine Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE und dem EV bereitgestellt wird.
In einem Aspekt, wenn das Schalten des einen oder der mehreren Kondensatoren im EV möglich ist, kann die Steuereinheit, falls der Kapazitätswert der EVSE den bestimmten Kapazitätsschwellenwert überschreitet, eine Differenz zwischen dem Kapazitätswert der EVSE und dem bestimmten Kapazitätsschwellenwert berechnen, und der entsprechende äquivalente Kapazitätswert kann durch die Schalteinheit im EV abgeschaltet werden, um die Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE und dem EV bereitzustellen.
In einem anderen Aspekt kann das System, wenn das Schalten des einen oder der mehreren Kondensatoren in der EVSE möglich ist, einen erwarteten Kapazitätswert erfassen, der dem Kapazitätsbudget des EV entspricht, und ihn an die EVSE weiterleiten, und die Schalteinheit kann den entsprechenden äquivalenten Kapazitätswert in der EVSE abschalten, um die Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE und dem EV bereitzustellen.
In einem anderen Aspekt kann das System für den Fall, dass das Kapazitätsbudget des EV aufgrund von Schwankungen der Toleranzgrenze des einen oder der mehreren Kondensatoren und des Vorhandenseins von parasitären Kapazitäten variiert, konfiguriert sein, um beruhend auf allen möglichen Kapazitätsschaltoptionen ein oder mehrere unterschiedliche Kapazitätsbudgets des EV zu berechnen, und weitere entsprechende Werte können in einer Datenbank gespeichert werden.
In einem Aspekt kann das System auch konfiguriert sein, um die Veränderung des Kapazitätsbudgets des EV beruhend auf der Alterung der Komponenten des EV zu überwachen, indem das Kapazitätsbudget des EV unter Berücksichtigung aller möglichen Kapazitätsschaltoptionen in der Stillstandsposition nach periodischen Zeitintervallen berechnet wird, und die entsprechenden Werte können dann in der Datenbank gespeichert werden.
In einem anderen Aspekt kann die Steuereinheit, wenn der Kapazitätswert der EVSE den bestimmten Kapazitätsschwellenwert überschreitet, auch konfiguriert sein, um die zulässige maximale Gleichspannungsgrenze beruhend auf dem Gesamtkapazitätswert zu berechnen, und ferner kann das System das Laden des EV erleichtern, bis die zulässige maximale Gleichspannungsgrenze erreicht ist; wobei der Gesamtkapazitätswert eine Summe der Kapazitätswerte der EVSE und des EV sein kann.
In einem Aspekt kann das System auch konfiguriert sein, um den Gesamtkapazitätswert zu messen, während der Ladevorgang des EV läuft, wobei in dem Fall, in dem der Gesamtkapazitätswert zu einem bestimmten Zeitpunkt den entsprechenden Sicherheitsgrenzwert überschreitet, der Ladevorgang des EV nur so lange fortgesetzt wird, bis die zulässige maximale Gleichspannungsgrenze erreicht ist.
In einem anderen Aspekt kann das System, wenn der Kapazitätswert der EVSE unter dem bestimmten Kapazitätsschwellenwert liegt, konfiguriert sein, um das EV mit der EVSE lösbar zu koppeln, um die Versorgung des EV mit elektrischer Energie von der EVSE zu erleichtern.
In einem anderen Aspekt kann die EVSE einen Ladeausgang und das EV einen Ladeeingang aufweisen, wobei die EVSE mit dem EV gekoppelt werden kann, indem der Ladeausgang mit dem Ladeeingang über ein Ladekabel elektrisch gekoppelt wird.
In einem weiteren Aspekt kann der eine oder können die mehreren Kondensatoren in einer beliebigen oder einer Kombination aus Parallel- und Reihenkonfiguration in Bezug zueinander konfiguriert sein.
Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungsfiguren, in denen gleiche Zahlen gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.
Die beigefügten Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der vorliegenden Offenbarung und sind in dieser Beschreibung aufgenommen und bilden einen Teil dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.

1A zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm, das das vorgeschlagene System darstellt und die allgemeine Funktionsweise des Systems erläutert, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
1B zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm, das die Funktionsweise des vorgeschlagenen Systems darstellt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt ein Schaltbild, das die Kopplung des EV und der EVSE durch das vorgeschlagene System darstellt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das die schrittweise Funktionsweise des vorgeschlagenen Systems darstellt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das die schrittweise Funktionsweise des vorgeschlagenen Systems darstellt, wenn das Schalten nur in der EVSE möglich ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

Es folgt eine ausführliche Beschreibung von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Offenbarung. Die Ausführungsformen sind so ausführlich, dass sie die Offenbarung klar vermitteln. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, durch die Ausführlichkeit die vorhersehbaren Variationen von Ausführungsformen einzuschränken; im Gegenteil, die Absicht ist, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
Die hierin erläuterten Ausführungsformen betreffen Ladevorrichtungen für Elektrofahrzeuge. Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung ein System zur Bestimmung der Kapazitätskompatibilität zwischen einer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) und einem Elektrofahrzeug (EV) bereit, wobei das System die Kompatibilitätsprüfung zwischen der EVSE und dem EV erleichtern kann, um die HV-Sicherheitsstandards in Bezug auf die Y-Kapazität zu erfüllen und Unfälle aufgrund der Zufuhr einer hohen elektrischen Leistung zu verhindern.
Bezugnehmend auf 1A kann das vorgeschlagene System (im Folgenden austauschbar als System 100 bezeichnet) konfiguriert sein, um die Y-Kapazitätskompatibilität zwischen einer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE 110) und einem Elektrofahrzeug 120 (EV 120) zu bestimmen. Das System 100 kann eine Kapazitätsüberwachungseinheit 102 umfassen, die zur Überwachung der Y-Kapazitätswerte der EVSE 110 und des EV 120 konfiguriert sein kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Kapazitätsüberwachungseinheit 102 konfiguriert sein, um die Y-Kapazität der EVSE 110 und des EV 120 am Ende der Leitung des Fahrzeugs sowohl vor dem Beginn des Gleichstrom-Ladevorgangs als auch während des Gleichstrom-Ladevorgangs zu überwachen.
In einer Ausführungsform kann das System 100 eine Schalteinheit 104 umfassen, die konfiguriert ist, um einen oder mehrere Kondensatoren zu schalten, die mit der EVSE 110 und dem EV 120 verbunden sind. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Schalteinheit 104 einen oder mehrere Kondensatoren schalten, um sie in Reihe oder parallel zueinander anzuordnen. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die Schalteinheit 104 einige der einen oder mehreren Kondensatoren abschalten, indem sie sie von der entsprechenden Gleichstromleitung (auch als Gleichstrom-Bus bezeichnet) abkoppelt. In einem Beispiel kann die Schalteinheit 104 verschiedene Schalter umfassen, die jeweils mit mindestens einem der einen oder mehreren Kondensatoren gekoppelt sind, wobei die Schalter Dioden, JFET, BJT und MOSFET sein können, ohne darauf beschränkt zu sein.
In einer anderen Ausführungsform kann das System 100 eine Steuereinheit 106 umfassen, die mit der Kapazitätsüberwachungseinheit 102 und der Schalteinheit 104 in Verbindung stehen kann. Die Steuereinheit 106 kann konfiguriert sein, um die überwachten Kapazitätswerte der EVSE 110 und des EV 120 von der Kapazitätsüberwachungseinheit 102 zu erhalten und dementsprechend ein Kapazitätsbudget des EV 120 zu schätzen. Anschließend kann die Steuereinheit 106 einen optimalen Kapazitätsschwellenwert bestimmen, indem sie das geschätzte Kapazitätsbudget des EV 120 berücksichtigt.
In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 106 den erhaltenen Kapazitätswert der EVSE 110 mit dem bestimmten Kapazitätsschwellenwert vergleichen und dementsprechend einen Satz von Warnsignalen erzeugen, wenn der verglichene Kapazitätswert der EVSE den bestimmten Kapazitätsschwellenwert überschreitet. Ferner kann die Schalteinheit 104 entsprechend dem erzeugten Satz von Warnsignalen betätigt werden, wobei die Betätigung der Schalteinheit 104 das Schalten von mindestens einem der einen oder mehreren Kondensatoren ermöglichen kann, die mit einer/einem beliebigen oder einer Kombination aus der EVSE 110 und dem EV 120 verbunden sind, wodurch Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE 110 und dem EV 120 bereitgestellt wird.
Bezugnehmend auf 1 B kann das vorgeschlagene System 100 implementiert werden, um die Y-Kapazitätskompatibilität zwischen einer Hochspannungs (HV)-EVSE 110 und einem EV 120 zu bestimmen. In einer Ausführungsform kann die EVSE 110 einen Stromrichter 114 enthalten, der konfiguriert sein kann, um Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umzuwandeln, bevor er ihn an das EV 120 liefert. Ferner kann die EVSE 110 einen Ladeausgang 112 umfassen, der mit dem Stromrichter 114 über einen ersten Gleichstrom-Bus verbunden werden kann, der aus einem oder mehreren EVSE-Kondensatoren 116-1, 116-2 ... 116-N (hier auch zusammengenommen als Kondensatoren 116 und einzeln als Kondensator 116 bezeichnet) besteht, wobei die Kondensatoren 116 Y-Kondensatoren sein können, die zwischen dem Gleichstrom-Bus und der Erde angeschlossen werden können.
In einer Ausführungsform kann das EV 120 die HV-Komponente 124-1, die HV-Komponente 124-2 ... die HV-Komponente 124-N (hier auch zusammengenommen als HV-Komponenten 124 und einzeln als HV-Komponente 124 bezeichnet) umfassen, die über einen oder mehrere EV-Kondensatoren 126-1, 126-2, 126-3, '126-4 ... 126-N (hier auch zusammengenommen als Kondensatoren 126 und einzeln als Kondensator 126 bezeichnet) an verschiedene Zweige eines zweiten Gleichstrom-Busses angeschlossen sind, wobei die Kondensatoren 126 tatsächliche Y-Kondensatoren sein können. In einer anderen Ausführungsform können die Kondensatoren 126 auch eine parasitäre Kapazität darstellen. Ferner kann das EV 120 einen Ladeeingang 122 aufweisen, der mit dem zweiten Gleichstrom-Bus verbunden werden kann, wobei die Kondensatoren 126 zusammen mit den HV-Komponenten 124 an den zweiten Gleichstrom-Bus angeschlossen werden können.
In einer beispielhaften Ausführungsform können die Y-Kondensatoren, d. h. die Kondensatoren 116 und die Kondensatoren 126, Energie speichern, die auf der Grundlage des Körperwiderstands eines Benutzers des EV 120 und der Dauer des Kontakts mit dem Körper des EV 120 eine elektrische Gefahr darstellen kann. Das vorgeschlagene System 100 kann zwischen dem EV 120 und der EVSE 110 konfiguriert werden, um eine solche elektrische Gefahr zu verhindern. In einem Beispiel kann das vorgeschlagene System 100 in einer HV-Ladeinfrastruktur implementiert werden, in der das EV 120 über ein Ladekabel 130 mit der EVSE 110 gekoppelt werden kann, das konfiguriert sein kann, um die benötigte elektrische Leistung von der EVSE 110 an das EV 120 zu liefern. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das vorgeschlagene System 100 die Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE 110 und dem EV 120 bestimmen und dementsprechend kann die EVSE 110 über das Ladekabel 130 mit dem EV 120 gekoppelt werden, um die Übertragung der erforderlichen elektrischen Leistung von der EVSE 110 zum EV 120 zu erleichtern.
In 2 ist die Kopplung des EV 120 und der EVSE 110 durch das vorgeschlagene System 100 in einem Schaltplan dargestellt. In einer Ausführungsform kann das vorgeschlagene System 100 zunächst durch die Kapazitätsüberwachungseinheit 102 (hierin auch als Cy-Messschaltung 102 bezeichnet) die Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE 110 und dem EV 120 bestimmen und dann die Kopplung zwischen dem EV 120 und der EVSE 110 über das Ladekabel 130 (hierin auch als Kabel 130 bezeichnet) erleichtern, um die Versorgung des EV 120 mit der erforderlichen elektrischen Energie von der EVSE 110 zu ermöglichen. In einer Ausführungsform können einige der Kondensatoren über Schalter lösbar mit dem entsprechenden Gleichstrom-Bus gekoppelt werden, z. B. können, wie in 2 dargestellt, die Kondensatoren C3 und C4 über die Schalter S1 bzw. S2 mit dem ersten Gleichstrom-Bus gekoppelt werden, und die Kondensatoren C7 und C8 können über die Schalter S3 bzw. S4 mit dem zweiten Gleichstrom-Bus gekoppelt werden. In einer anderen Ausführungsform können einige der Kondensatoren direkt und unlösbar mit dem entsprechenden Gleichstrom-Bus gekoppelt werden, z. B. können die Kondensatoren C1, C2, C5 und C6, wie in 2 dargestellt, direkt mit dem entsprechenden Gleichstrom-Bus gekoppelt werden. Ferner kann die EVSE 110 über die Schalter S5 und S6 mit dem EV 120 verbunden werden.
In einer Ausführungsform können verschiedene Szenarien beschrieben werden, die die Funktionsweise des vorgeschlagenen Systems 100 beschreiben, wie z. B. -
Szenario 1: Y-Kapazität der EVSE 110 liegt nicht im Kapazitätsbudget des EV 120 und es ist kein Schalten sowohl im EV 120 als auch in der EVSE 110 möglich
Gemäß einer Ausführungsform kann das vorgeschlagene System 100 in diesem Szenario zunächst den Kapazitätswert der EVSE 110 messen und anschließend kann auf der Grundlage des gemessenen Kapazitätswerts der EVSE 110 die elektrische Leistung an den entsprechenden Gleichstrom-Bus geliefert werden.
In einer Ausführungsform, wie in 3 dargestellt, kann das vorgeschlagene System 100 in Block 302 den Kapazitätswert der EVSE 110 (hierin auch als EVSE-CY-Wert bezeichnet) erhalten. In einer anderen Ausführungsform kann das vorgeschlagene System 100 in Block 304 den Kapazitätswert des EV 120 (hierin auch als Fahrzeug-CY-Wert bezeichnet) erhalten. Ferner kann das System 100 in Block 306 die Gesamtkapazität (hierin auch als CY-Gesamtwert bezeichnet) auf der Grundlage des erhaltenen EVSE-CY-Werts und des Fahrzeug-CY-Werts in Block 302 bzw. Block 304 bestimmen.
In einer Ausführungsform kann der bestimmte CY-Gesamtwert in Block 308 mit der Schwellenkapazität (hierin auch als zulässige Kapazität oder zulässiger CY-Wert bezeichnet) verglichen werden. In einer Ausführungsform kann, wenn der CY-Gesamtwert kleiner als der zulässige CY-Wert ist, in Block 310 die Gleichstromladung zugelassen werden, und die EVSE 110 kann dementsprechend über das Ladekabel 130 mit dem Gleichstrom-Bus des EV 120 gekoppelt werden, um die Versorgung des EV 120 mit Strom von der EVSE 110 zu erleichtern.
In einer anderen Ausführungsform kann das System 100 in Block 312 bestimmen, ob das Schalten möglich ist, wenn der CY-Gesamtwert den zulässigen CY-Wert überschreitet. Falls das Schalten möglich ist, kann das System 100 eine mögliche Kapazität (CY) in Block 314 abschalten und darüber hinaus in Block 316 eine Gleichstromladung zulassen.
Falls das Schalten jedoch nicht möglich ist, kann das System 100 in Block 318 eine Gleichstromladung bis zu einem sicheren Ladezustand (State of Charge, SoC) zulassen, wobei der Wert des sicheren SOC in Bezug auf einen bestimmten CY-Wert in Block 320 ermittelt werden kann.
Szenario 2: Y-Kapazität der EVSE 110 liegt nicht im Kapazitätsbudget des EV 120 und Schalten ist nur im EV 120 möglich
Gemäß einer Ausführungsform kann das System 100 in diesem Szenario im Block 312 bestimmen, ob das Schalten möglich ist. Falls das Schalten möglich ist, kann das System 100 eine mögliche Kapazität (CY), die dem EV 120 entspricht, im Block 314 abschalten und ferner eine Gleichstromladung im Block 316 zulassen.
Szenario 3: Y-Kapazität der EVSE 110 liegt nicht im Kapazitätsbudget des EV 120 und Schalten ist nur in der EVSE 110 möglich
Gemäß einer Ausführungsform kann in diesem Szenario zunächst der Kapazitätswert der EVSE 110 (EVSE-Kapazität) durch das vorgeschlagene System 100 gemessen werden und anschließend kann die elektrische Leistung auf der Grundlage des gemessenen Kapazitätswertes der EVSE 110 an den entsprechenden Gleichstrom-Bus geliefert werden.
Wenn in einer Ausführungsform festgestellt wird, dass die EVSE-Kapazität den Kapazitätsschwellenwert überschreitet, kann das System 100 in Block 402 einen erwarteten Kapazitätswert erfassen, der dem Kapazitätsbudget des EV 120 entspricht, und diesen über eine mit dem EV 120 verbundene Steuerleitung an die EVSE 110 übertragen, wie in 4 dargestellt. Ferner kann die Schalteinheit 104 in Block 404 die entsprechende äquivalente EVSE-Kapazität abschalten, um die Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE 110 und dem EV 120 bereitzustellen.
Szenario 4: Kapazitätsbudget des EV 120 variiert beruhend auf der Fertigungstoleranzgrenze der Kondensatoren und der unbekannten parasitären Kapazität der HV-Komponenten 124 des EV 120
Gemäß einer Ausführungsform kann das System 100 in diesem Szenario zunächst über die Steuereinheit 106 ein oder mehrere unterschiedliche Kapazitätsbudgets des EV 120 beruhend auf allen möglichen Kapazitätsschaltoptionen am Ende der Steuerleitung durch verschiedene Serviceroutinen berechnen. Ferner können die berechneten Kapazitätswerte in einer Datenbank gespeichert werden, wobei die Datenbank mit einem beliebigen von einem löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (Erasable Programmable Read-Only Memory, EPROM), einem elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory EEPROM), einer externen Datenspeichervorrichtung und dergleichen verbunden sein kann. Die berechneten Kapazitätswerte können auf Anfrage an die Steuereinheit 106 übertragen werden, wobei die Steuereinheit 106 als zentrale Steuerung fungieren kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform können für die HV-Komponente zwei Werte in der Datenbank gespeichert werden, wenn die HV-Komponente 124-1 aus einem festen Kondensator und einem schaltbaren Kondensator besteht, wobei sich einer der beiden Werte auf einen Zustand der HV-Komponente 124-1 beziehen kann, bei dem sowohl der feste Kondensator als auch der schaltbare Kondensator auf EIN geschaltet sind, und der andere Wert sich auf einen Zustand der HV-Komponente 124-1 beziehen kann, bei dem sowohl der feste Kondensator als auch der schaltbare Kondensator AUS sind. Darüber hinaus können auch Werte in Betracht gezogen werden, die sich auf einen Zustand der HV-Komponente 124-1 beziehen, bei dem entweder der feste Kondensator oder der schaltbare Kondensator EIN und der andere AUS ist.
Szenario 5: Kapazitätsbudget des EV 120 variiert je nach Alterung der HV-Komponente und der entsprechenden parasitären Kapazität
Gemäß einer Ausführungsform kann das System 100 in diesem Szenario auch konfiguriert sein, um die Veränderung des Kapazitätsbudgets des EV 120 beruhend auf der Alterung der Komponenten des EV 120 zu überwachen, indem es das Kapazitätsbudget des EV 120 unter Berücksichtigung aller möglichen Kapazitätsschaltoptionen in der Stillstandsposition nach periodischen Zeitintervallen berechnet, und die entsprechenden Werte werden dann in der Datenbank gespeichert.
Szenario 6: Gesamtkapazitätsbudget des EV 120 liegt nicht innerhalb der Sicherheitsgrenze und es ist nicht mehr möglich, die Y-Kondensatoren abzuschalten, um unter den Grenzwert zu kommen
Gemäß einer Ausführungsform kann das System 100 in diesem Szenario die Gesamtkapazität messen, wobei die Gesamtkapazität als Summierung der Kapazitätswerte der EVSE 110 und des EV 120 berechnet werden kann.
In einer Ausführungsform kann das System 100 die Kopplung der EVSE 110 mit dem EV 120 erleichtern, wenn die Gesamtkapazität unter dem zulässigen Sicherheitswert liegt. In einer anderen Ausführungsform kann das System 100 die zulässige maximale Gleichspannung entsprechend der berechneten Gesamtkapazität berechnen, wenn die Gesamtkapazität den zulässigen Sicherheitswert übersteigt. Ferner kann das System 100 das EV 120 aufladen, bis die zulässige maximale Gleichspannungsgrenze erreicht ist.
Szenario 7: Messung der Y-Kapazität während der Gleichstromladung
Gemäß einer Ausführungsform kann das System 100 in diesem Szenario konfiguriert sein, um den Gesamtkapazitätswert zu messen, während der Ladevorgang des EV 120 läuft. Wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt der Gesamtkapazitätswert den entsprechenden Sicherheitsgrenzwert überschreitet, wird der Ladevorgang des Fahrzeugs 120 durch das System 100 nur so lange fortgesetzt, bis die zulässige maximale Gleichspannungsgrenze erreicht ist. Daher kann das vorgeschlagene System 100 jede elektrische Gefahr verhindern, indem es die Y-Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE 110 und dem EV 120 sowohl vor dem Gleichstromladen als auch während des laufenden Ladevorgangs überprüft.
Somit ist es für Fachpersonen ersichtlich, dass die Diagramme, Schaltbilder, Illustrationen und dergleichen konzeptionelle Ansichten oder Prozesse darstellen, die Systeme und Verfahren darstellen, die diese Erfindung verkörpern. Die Funktionen der verschiedenen in den Figuren gezeigten Elemente können sowohl durch die Verwendung dedizierter Hardware als auch Hardware, die in der Lage ist, zugehörige Software auszuführen, bereitgestellt werden. In ähnlicher Weise sind die in den Figuren gezeigten Schalter rein konzeptionell. Ihre Funktion kann durch den Betrieb einer Programmlogik, durch eine dedizierte Logik, durch das Zusammenwirken von Programmsteuerung und dedizierter Logik oder sogar manuell ausgeführt werden, wobei die jeweilige Verfahrensweise von der Einheit, die diese Erfindung implementiert, ausgewählt werden kann. Fachpersonen werden außerdem erkennen, dass die hierin beschriebene beispielhafte Hardware und Software sowie die hierin beschriebenen Prozesse, Verfahren und/oder Betriebssysteme nur der Veranschaulichung dienen und daher nicht auf ein/e bestimmte/s beschränkt sein sollen.
Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom grundsätzlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Varianten oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um eine Person mit gewöhnlichem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Wissen kombiniert wird, die der Person mit gewöhnlichem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik zur Verfügung stehen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System zur Bestimmung und Steuerung der Y-Kapazitätskompatibilität zwischen einer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) und einem Elektrofahrzeug (EV) bereit.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System bereit, das das Schalten eines oder mehrerer Kondensatoren zur Steuerung der Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE und dem EV ermöglicht.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System bereit, das die Bestimmung der Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE und dem EV sowohl vor dem Beginn der Gleichstromladung als auch während des Ladevorgangs erleichtert.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System bereit, das den Fahrer des EV warnt, wenn keine Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE und dem Elektrofahrzeug besteht.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein intelligentes, einfaches, effizientes und zuverlässiges System zur Vermeidung elektrischer Gefahren bereit, die sich aus einer Kapazitätsinkompatibilität zwischen der EVSE und dem EV ergeben können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3815958 A1 [0003]
EP 3640076 A1 [0004]

Claims

System (100) zum Bestimmen der Y-Kapazitätskompatibilität zwischen einer Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) (110) und einem Elektrofahrzeug (EV) (120), wobei das System (100) Folgendes umfasst: eine Kapazitätsüberwachungseinheit (102), die konfiguriert ist, um Y-Kapazitätswerte der EVSE (110) und des EV (120) zu überwachen; eine Schalteinheit (104), die konfiguriert ist, um einen oder mehrere Kondensatoren zu schalten, die mit der EVSE (110) und dem EV (120) verbunden sind; eine Steuereinheit (106), die mit der Kapazitätsüberwachungseinheit (102) und der Schalteinheit (104) in Verbindung steht, wobei die Steuereinheit (106) einen oder mehrere Prozessoren umfasst, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren funktionsfähig mit einem Speicher gekoppelt sind, wobei der Speicher Anweisungen speichert, die von dem einen oder den mehreren Prozessoren ausführbar sind zum: Erhalten, von der Kapazitätsüberwachungseinheit, der überwachten Kapazitätswerte der EVSE (110) und des EV (120) und dementsprechendes Schätzen eines Kapazitätsbudgets des EV (120); Bestimmen eines optimalen Schwellenkapazitätswerts unter Berücksichtigung des geschätzten Kapazitätsbudgets des EV (120); Vergleichen des erhaltenen Kapazitätswerts der EVSE (110) mit dem bestimmten Kapazitätsschwellenwert; Erzeugen eines Satzes von Warnsignalen, falls der verglichene Kapazitätswert der EVSE (110) den bestimmten Kapazitätsschwellenwert überschreitet; und Betätigen der Schalteinheit (104) entsprechend dem erzeugten Satz von Warnsignalen, wobei die Betätigung der Schalteinheit (104) das Schalten von mindestens einem des einen oder der mehreren Kondensatoren ermöglicht, die mit einer/einem beliebigen oder einer Kombination aus der EVSE (110) und dem EV (120) verbunden sind, wodurch Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE (110) und dem EV (120) bereitgestellt wird.
System (100) nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Schalten des einen oder der mehreren Kondensatoren (126) in dem EV (120) möglich ist, die Steuereinheit (106) in dem Fall, in dem der Kapazitätswert der EVSE (110) den bestimmten Kapazitätsschwellenwert überschreitet, eine Differenz zwischen dem Kapazitätswert der EVSE (110) und dem bestimmten Kapazitätsschwellenwert berechnet, und der entsprechende äquivalente Kapazitätswert durch die Schalteinheit (104) in dem EV (120) ausgeschaltet wird, um die Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE (110) und dem EV (120) bereitzustellen.
System (100) nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Schalten des einen oder der mehreren Kondensatoren (116) in der EVSE (110) möglich ist, das System (100) einen erwarteten Kapazitätswert erfasst, der dem Kapazitätsbudget des EV (120) entspricht, und ihn weiter an die EVSE (110) überträgt, und die Schalteinheit (104) den entsprechenden äquivalenten Kapazitätswert in der EVSE (110) ausschaltet, um die Kapazitätskompatibilität zwischen der EVSE (110) und dem EV (120) bereitzustellen.
System (100) nach Anspruch 1, wobei in dem Fall, in dem das Kapazitätsbudget des EV (120) aufgrund von Variationen der Toleranzgrenze des einen oder der mehreren Kondensatoren und des Vorhandenseins von parasitärer Kapazität variiert, das System (100) konfiguriert ist, um beruhend auf allen möglichen Kapazitätsschaltoptionen ein oder mehrere unterschiedliche Kapazitätsbudgets des EV zu berechnen, und ferner werden entsprechende Werte in einer Datenbank gespeichert.
System (100) nach Anspruch 4, wobei das System (100) auch konfiguriert ist, um die Veränderung des Kapazitätsbudgets des EV (120) beruhend auf der Alterung der Komponenten des EV (120) zu überwachen, indem es das Kapazitätsbudget des EV (120) unter Berücksichtigung aller möglichen Kapazitätsschaltoptionen in der Stillstandsposition nach periodischen Zeitintervallen berechnet und wobei die entsprechenden Werte anschließend in der Datenbank gespeichert werden.
System (100) nach Anspruch 1, wobei in dem Fall, in dem der Kapazitätswert der EVSE (110) den bestimmten Kapazitätsschwellenwert überschreitet, die Steuereinheit (106) auch konfiguriert ist, um die zulässige maximale Gleichspannungsgrenze beruhend auf dem Gesamtkapazitätswert zu berechnen, und wobei das System (100) ferner das Laden des EV (120) erleichtert, bis die zulässige maximale Gleichspannungsgrenze erreicht ist; wobei der Gesamtkapazitätswert eine Summierung der Kapazitätswerte der EVSE (110) und des EV (120) ist.
System (100) nach Anspruch 6, wobei das System (100) auch konfiguriert ist, um den Gesamtkapazitätswert zu messen, während der Ladevorgang des EV (120) läuft, wobei in dem Fall, in dem der Gesamtkapazitätswert zu einem bestimmten Zeitpunkt den entsprechenden Sicherheitsgrenzwert überschreitet, das Laden des EV (120) nur fortgesetzt wird, bis der zulässige maximale Gleichspannungsgrenzwert erreicht ist.
System (100) nach Anspruch 1, wobei, wenn der Kapazitätswert der EVSE (110) unter dem bestimmten Kapazitätsschwellenwert liegt, das System (100) konfiguriert ist, um das EV (120) lösbar mit der EVSE (110) zu koppeln, um die Versorgung des EV (120) mit elektrischer Energie von der EVSE (110) zu erleichtern.
System (100) nach Anspruch 8, wobei die EVSE (110) einen Ladeausgang (112) und das EV (120) einen Ladeeingang (122) aufweist, wobei die EVSE (110) mit dem EV (120) gekoppelt wird, indem der Ladeausgang (112) über ein Ladekabel (130) mit dem Ladeeingang (122) elektrisch gekoppelt wird.
System (100) nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Kondensatoren (116 und 126) in einer beliebigen oder einer Kombination aus Parallel- und Reihenkonfiguration konfiguriert sind.