EP4054876A1 - Verfahren und vorrichtung zum laden eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum laden eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs

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EP4054876A1
EP4054876A1 EP20799700.8A EP20799700A EP4054876A1 EP 4054876 A1 EP4054876 A1 EP 4054876A1 EP 20799700 A EP20799700 A EP 20799700A EP 4054876 A1 EP4054876 A1 EP 4054876A1
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EP
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charging
vehicle
current
interface
resistance
Prior art date
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Pending
Application number
EP20799700.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Schafferhans
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lisa Draexlmaier GmbH
Original Assignee
Lisa Draexlmaier GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method and a corresponding device for charging an electrically powered vehicle.
  • the components require a sufficiently dimensioned cable cross-section in order to achieve a low electrical resistance and to limit the heating during fast charging within acceptable values.
  • a charging socket of the vehicle and a charging plug of a charger form a plugged-in interface in the current path.
  • changes to the surfaces of the charging socket and the charging plug can result in contact resistance at the interface, which during fast charging can lead to greater heating of the interface than in the rest of the current path.
  • the temperatures of the charging socket and the charging plug can be monitored and, if a certain temperature threshold is exceeded, the charging power can be reduced, i.e. the current flow can be limited.
  • One object of the invention is therefore to provide a method and a corresponding device for charging an electrically driven vehicle using means that are as simple as possible in terms of construction.
  • a method for charging an electrically powered vehicle is presented, a maximum charging current of a charging process for charging the vehicle being predetermined before the start of the charging process based on an electrical resistance of at least one interface component of an interface between a charger and the vehicle, which was determined during at least one previous charging process .
  • Charging the vehicle can be understood to mean charging a traction battery of the vehicle.
  • a detachable interface can be arranged between a charger and the traction battery.
  • a charging socket and a charging plug can be interface components. The interface components can be plugged together and detached again.
  • the interface components can have multiple connectors.
  • a charging cable can be arranged between the charger and the vehicle.
  • the charging cable can have at least one feed line and one return line for transmitting electrical energy.
  • the charging cable can also have data lines and signal lines. The lines can be connected in an electrically conductive manner at the interface and then separated again.
  • the charging cable can be part of the charger and plugged into the vehicle via the interface.
  • the charging cable can also be plugged in via a first interface on the vehicle and via a second interface on the charger. At least two interfaces are then arranged between the charger and the traction battery.
  • the approach presented here can be applied to anyone any interface can be used.
  • the charger can be designed, for example, as a wallbox or as
  • a charging process can be a period of time in which the interface components are connected to one another and a charging current flows via the forward line and the return line.
  • the charging current is an electrical current flow for transferring electrical power from the charger to the traction battery or charging electronics for the traction battery.
  • a maximum charging current can be a preset maximum value for the charging current. The maximum charging current limits the maximum possible transmitted power. An actual charging current can be less than the maximum charging current.
  • the maximum charging current can also be predetermined if the electrical resistance of only one of the interface components is known.
  • a vehicle that uses the approach presented here can also be charged on a conventional charger.
  • a conventional vehicle can be charged on a charger that uses the approach presented here.
  • the maximum charging current can be predetermined based on the resistance of at least one interface component of the charger and the resistance of at least one interface component of the vehicle. If the interface is arranged between the cable and the vehicle, the maximum charging current can be predetermined based on the resistance of at least one interface component of the cable and the resistance of at least one interface component of the vehicle. If the interface is arranged between the cable and the charger, the maximum charging current can be predetermined based on the resistance of at least one interface component of the cable and the resistance of at least one interface component of the charger. The maximum charging current can be predetermined based on the two different resistances of the interconnected interface components. Since the vehicle can be charged on different charging devices, different maximum charging currents can also be predetermined on the different charging devices. Likewise, different vehicles can be charged on the same charger and different maximum charging currents can be predetermined for different vehicles on the same charger. By using the resistors of both Interface components, the maximum charging current can be predetermined with increased accuracy.
  • Resistance determination for determining the current electrical resistance of the interface can be carried out during the current charging process using a current temperature of the interface and a current charging current via the interface.
  • the determined resistance can be used for a subsequent charging process.
  • the stored resistance value used to limit the charging current can be tracked to aging of the interface or at least one of the interface components.
  • the resistance can be determined using a model.
  • the model can be based on measurements of the resistance under defined framework conditions.
  • the model can use the current temperature of at least one of the interface components and the current charging current as an input variable and provide the estimated electrical resistance as an output variable.
  • the resistance of the interface can be determined using a vehicle resistance value provided by the vehicle and representing an estimated electrical resistance of an interface component of the vehicle and a charger resistance value provided by the charger and representing an estimated electrical resistance of an interface component of the charger. Resistance values can be saved from charge to charge. The estimated resistances of the interface components can be added. A different maximum charging current can be predetermined by changing partners at the interface.
  • the current electrical resistance of the interface component of the vehicle can be estimated using the current electrical resistance of the interface and the charger resistance value stored in the charger from the previous charging process.
  • the current electrical resistance of the vehicle's interface component can be estimated in the charger. All the necessary values are available in the charger.
  • the current electrical resistance of the interface component of the vehicle can be mapped in an updated vehicle resistance value and made available to the vehicle by the charger.
  • the vehicle resistance value can be provided via the interface.
  • the vehicle resistance value can also be via a other communication channels can be provided.
  • the vehicle resistance value stored in the vehicle can be updated using the estimated electrical resistance of the interface component of the vehicle during the current charging process.
  • the current electrical resistance of the interface component of the charger can be estimated using the current electrical resistance of the interface and the vehicle resistance value stored in the vehicle from the previous charging process.
  • the current electrical resistance of the charger's interface components can be estimated in the vehicle. All the necessary values are available in the vehicle.
  • the current electrical resistance of the interface component of the charger can be mapped in an updated charger resistance value and made available to the charger by the vehicle.
  • the charger resistance value can be provided via the interface.
  • the charger resistance value can also be provided via another communication channel.
  • the charger resistance value stored in the charger can be updated using the estimated electrical resistance of the charger's interface component during the current charging process.
  • the method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control device.
  • the approach presented here also creates a control device which is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of the method presented here in corresponding devices.
  • the control device can be an electrical device with at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, and at least one interface and / or one communication interface for reading in or outputting data that are embedded in a communication protocol, be.
  • the computing unit can be, for example, a signal processor, a so-called system ASIC or a microcontroller for processing sensor signals and outputting data signals as a function of the sensor signals.
  • the storage unit can be, for example, a flash memory, an EPROM or a magnetic storage unit.
  • the interface can be used as a Sensor interface for reading in the sensor signals from a sensor and / or as an actuator interface for outputting the data signals and / or control signals to an actuator.
  • the communication interface can be designed to read in or output the data wirelessly and / or wired.
  • the interfaces can also be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk or an optical memory, and for performing, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is also advantageous is used, especially when the program product or program is executed on a computer or device.
  • FIG. 1 shows an illustration of an interface between a first interface component and a second interface component
  • FIG. 2 shows an illustration of a charging process using a method according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 1-2 are retained as a reference in the following description.
  • FIG. 1 shows an illustration of an interface 100 between a first interface component 102 and a second interface component 104 of the interface 100.
  • the interface 100 is arranged in a line 106 between two subscribers A, B of a charging process.
  • Subscriber A can, for example, be a charger 108 and subscriber B can be a traction battery of a vehicle 110.
  • subscriber A can be the action battery of vehicle 110 and subscriber B can be charger 108.
  • Each participant A, B has a control device (not shown here) for controlling the charging process.
  • the control devices are designed to exchange data with one another and to predetermine a maximum charging current I MAX via the interface 100 before the start of the charging process as a function of an aging condition of the interface components 102, 104.
  • the interface components 102, 104 are designed as plug connectors.
  • the first interface component 102 is designed as a socket, for example, while the second interface component 104 is designed as a plug.
  • only one line 106 of the interface 100 is shown here.
  • the interface 100 can have several further lines 106. At least the interface 100 can have an outgoing line and a return line for transmitting an electrical charging power for charging the traction battery.
  • An electrical current flow I A / B through the line 106 flows via a contact surface 112 between the interface components 102, 104. Due to a transition resistance R K on the contact surface 112, an electrical voltage U K drops on the contact surface 112 and the contact surface 112 heats up a resulting power loss P V. For example, a different electrical voltage U A , U B can be measured at each of the participants A, B. The electrical current flow I A / B to participants A, B remains the same. The electrical current flow I A / B can be measured separately at both participants A, B. Due to measurement inaccuracies, slightly different values result for the electrical current flow I A / B via the interface 100. The interface components 102, 104 are temperature monitored.
  • a first temperature value T A is recorded at the first interface component 102.
  • a second temperature value T B is recorded at the second interface component 104. Since the temperature values T A , T B are not measured directly at the contact surface 112, a temperature T K of the contact surface 112 can deviate from the temperature values T A , T B.
  • the contact resistance R K and the power loss P V can be calculated using the present measured values.
  • the contact resistance R K is dependent on a state of the contact surface 112.
  • the state of the contact surface 112 is in turn determined by the states of the surfaces of the interface components 102, 104 that form the contact surface 112.
  • the surfaces can age due to environmental influences and, for example, be at least partially covered by oxide layers that have a high electrical resistance.
  • a coating of the surfaces that improves the contact resistance R K can be mechanically and / or thermally damaged.
  • the coatings can be damaged, for example, if the temperature T K of the contact surface 112 rises above a damage value, at least locally, even for a short time, due to an excessively high electrical current flow I A / B via the interface 100. This excess can only be mapped with a delay by the temperature values T A , T B , as a result of which the coating can already be damaged if the temperature values T A , T B have correspondingly high values.
  • the approach presented here can proactively prevent the temperature T K of the contact surface 112 from being exceeded by predetermining the maximum charging current I MAX for the current charging process , taking into account the transition resistance R K determined during a previous charging process.
  • FIG. 2 shows an illustration of a charging process 200 using a method according to an exemplary embodiment.
  • the method can be used, for example, at an interface as shown in FIG. 1.
  • the maximum charging current I MAX of the charging process 200 is used to charge the vehicle 110 before the start of the charging process 200 based on the electrical resistance R A / B determined during at least one previous charging process of at least one interface component A, B between the interface 100 a charger 108 and the vehicle 110 predetermined.
  • the previous charging process was ended before the current charging process 200 began.
  • the interface 100 has been separated between the previous charging process and the current charging process 200.
  • the vehicle 110 may have been moved between charges. In one embodiment, the previous charging process was carried out in combination with another charger or another vehicle.
  • the interface 100 is also disconnected between the current charging process 200 and a subsequent charging process.
  • the resistance R A / B is composed of an electrical resistance R A of the first interface component A and an electrical resistance R B of the second interface component B.
  • the charger 108 provides a charger resistance value R A, n representing the electrical resistance R A of the first interface component A during a previous charging process, while the vehicle 110 provides a vehicle resistance value R representing the electrical resistance R B of the second interface component B during a previous charging process B, m provides.
  • the resistance values R A, n , R B, m are combined and the maximum charging current I MAX for the current charging process 200 is predetermined.
  • an actual current flow I A and a temperature T A of the first interface component A are recorded in the charger.
  • the current resistance R K of the interface during the current charging process 200 is estimated therefrom. Since the charger resistance value R A, n is known, an estimated vehicle resistance value R * B, n representing the estimated electrical resistance R B of the second interface component B during the current charging process 200 can be determined using the current resistance R K.
  • an actual current flow I B and a temperature T B of the second interface component B are recorded in the vehicle.
  • the current resistance R K of the interface during the current charging process 200 is estimated therefrom. Since the vehicle resistance value R B, m is known, using the current resistance R K a, the estimated electrical resistance R A of the first Interface component A during the current charging process 200 depicting estimated charger resistance value R * A, m can be determined.
  • Charger resistance values R * A, m are exchanged during a data exchange 202 and used as estimated values R A, n + 1 , R B, m + 1 using at least one weighting factor to track the stored resistance values R A, n , R B, m .
  • the tracked resistance values R A, n , R B, m are sent to a higher-level data processing system. There, using the resistance values R A, n , R B, m, the need to repair the interface components A and / or B can be estimated.
  • the resistance values R A, n , R B, m can also be stored in a database, via which, for example, advantageous pairings of vehicles 110 and charging devices 108 can be searched for. For example, it can be avoided that a vehicle 110 with a new interface component B is charged on a charger 108 with a previously damaged interface component A.
  • Increasing charging currents in e-vehicles make it necessary to precisely determine the quality of the contact surfaces that are used to transfer the charging current in order to prevent thermal overloading of the plug connection.
  • the quality of the contact surfaces determines the contact resistance at the connector pins.
  • the temperature of the contacts can be determined and the charging current can be reduced in accordance with the determined temperature.
  • the temperature can only be measured with a certain time delay or dead time, the response time to a faulty connection is limited and thermal overload cannot always be ruled out.
  • the measured pin temperature and the measured charging current are used to estimate the contact resistance of the current plug connection. This value is continuously updated over the lifetime of the component.
  • An exchange of data between the vehicle and the charging station is used to determine signs of aging of the contact elements and thus to determine the proportion of the transition resistance on the vehicle and infrastructure side.
  • the current surface quality is determined for each contact element involved in the charging process and the charging strategy is predictively adapted. That is to say, temperature-related derating or a reduction in the maximum charging current does not only take place when overheating is detected, but rather beforehand and thus prevents premature aging of the intact contact element.
  • a charging socket can be used, in which a particularly fast and precise temperature measurement is possible.
  • the technical implementation of such a temperature measurement is very complex and expensive, especially if a high dynamic of the measurement is to be achieved.
  • the inclusion of the measured data of the charging station presented here can reduce the need for such an expensive solution, since aging-related and thus creeping degradation of the contacts is continuously recorded and the charging strategy can be adapted preventively.
  • the approach presented here can, for example, be integrated into future high-performance charging infrastructure.
  • both parties involved in the charging process exchange the necessary data via communication between the vehicle and the infrastructure.
  • the communication can be wired via the interface and alternatively or additionally wirelessly via radio or via the cloud.
  • the basis of the method shown here is the determination of contact temperature and charging current both on the vehicle and on the infrastructure side, i.e. at the charging station or wallbox. These values have already been determined with a high degree of accuracy.
  • the current measurement in the vehicle is one of the most important parameters to be determined in an e-vehicle.
  • the electricity measurement on the infrastructure side is necessary, among other things, for an exact billing of the costs. (Keyword calibration)
  • the temperature measurement on both sides is a safety-relevant function in order to prevent overloading at high charging power.
  • the independent measurement of the plus and minus pole is specified by the standard.
  • control units A and B are therefore available in control units A and B as input for determining the contact surface quality.
  • the quality of the contact surface is directly related to the contact resistance at the contact surface between components A and B.
  • the transition resistance between the charging contacts of A and B is mapped directly in the temperature measured at the contact.
  • the contact resistance R K between the contacts results in a power loss during charging which is directly related to the charging current I A / B.
  • thermal equivalent circuit consisting of thermal resistances and capacitances. This can advantageously take place at several points in the overall thermal system. If a sufficiently precisely descriptive thermal equivalent circuit has been created, this model can be used, as in the approach presented here, to infer the applied power loss “backwards” from a temperature curve.
  • the charging voltage of the charging station can be compared with the voltage measured in the vehicle.
  • the voltage difference multiplied by the charging current gives exactly the power loss, however, for example, line resistances are also measured in this case, so that this voltage measurement cannot be used solely for calculating the power loss at the plug contact.
  • the contact resistance is made up of surface-specific components for the individual contacts.
  • R K R A + R B
  • the control unit in A determines the total contact resistance determined by A via the current I A and the temperature T A. This is made up of the current deposited portion R A, 0 and the estimated portion R * B, 0 together.
  • A transmits the estimated share to charging partner B and in return receives the estimated value R * A, 0 for its own share.
  • This process can be referred to as “voting”, as the charging partners coordinate and evaluate each other.
  • the estimated value R * A, 0 is now used by A to update its internally stored resistance component , which results in the new value R A, 1.
  • R A, 1 R A, 0 + k * R * A, 0
  • the factor k serves to normalize and weight the estimated resistance component. Since the quality of the current and temperature measurement vary with different charging partners and thus the accuracy of the estimated resistance component can also fluctuate, this estimated value is not accepted without further evaluation. For example, the actual electrical resistance value is not used, but a comparable substitute value, which normalizes the surface quality of the charging contact.
  • B performs the same procedure so that both participants have updated their estimated resistance fraction after charging. With changing charging partners, this procedure means that the participants learn from each other and can determine their own resistance component with increasing accuracy.
  • a public quick-charging station can be assumed here, which is used daily by different vehicles. An aging-related deterioration in the quality of the contact surface is thus successively stored in the charging station.
  • the proportions can be falsified, since aging of A would lead to an even distribution of the increasing contact resistance between both participants if the contact quality of B remained the same. This is due to the fact that each participant assumes their own contact quality from the previous charging process as the current value. However, if this has decreased since the last charging process, i.e. if the proportion of the transition resistance has increased, this is directly entered as an error in the voting and the partner's own increase in resistance is attributed to the partner.
  • the procedure thus represents a possibility for each charging contact, for which the temperature and the current can be specifically determined, e.g. DC + and DC- for direct current charging, to determine the aging phenomena of the respective contact surface over the service life.
  • the temperature at the contact point can already be significantly higher and thermally induced aging of the contact elements may have occurred.
  • the reactive charging strategy could not prevent damage / unnecessary aging of the charging contacts.
  • the method offers a suitable input for predictive maintenance approaches, in which the charging contacts of a charging station can be exchanged before they can lead to thermal overloads.
  • R B second electrical resistance R A, n charger resistance value R B, n vehicle resistance value

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Laden eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (110), wobei ein maximaler Ladestrom (Ι ΜΑX ) eines Ladevorgangs (200) zum Laden des Fahrzeugs (110) vor Beginn des Ladevorgangs (200) basierend auf einem während zumindest einem vorhergehenden Ladevorgang ermittelten elektrischen Widerstand (R A , R B ) zumindest einer Schnittstellenkomponente (102, 104) einer Schnittstelle (100) zwischen einem Ladegerät (108) und dem Fahrzeug (110) vorbestimmt wird.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM LADEN EINES ELEKTRISCH ANGETRIEBENEN FAHRZEUGS
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Laden eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
Stand der Technik
Um eine Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs schnell zu laden, ist eine große elektrische Ladeleistung erforderlich. Da eine elektrische Spannung der Traktionsbatterie festgelegt ist, resultiert ein hoher elektrischer Stromfluss in einem Strom pfad zum Schnellladen der T raktionsbatterie. Der Stromfluss verursacht eine Erwärmung von stromdurchflossenen Komponenten des Strompfads.
Die Komponenten benötigen einen ausreichend dimensionierten Leitungsquerschnitt, um einen niedrigen elektrischen Widerstand zu erreichen und die Erwärmung beim Schnelliaden innerhalb akzeptabler Werte zu begrenzen.
Eine Ladebuchse des Fahrzeugs und ein Ladestecker eines Ladegeräts bilden eine gesteckte Schnittstelle im Strompfad aus. insbesondere durch Veränderungen an Oberflächen der Ladebuchse und des Ladesteckers kann sich ein Übergangswiderstand an der Schnittstelle ergeben, der beim Schnellladen zu einer stärkeren Erwärmung der Schnittstelle führen kann als im Rest des Strompfads.
Um Schäden an der Schnittstelle zu vermeiden, können Temperaturen der Ladebuchse und des Ladesteckers überwacht werden und bei Überschreiten einer bestimmten Temperaturschwelle Ladeleistung reduziert, also der Stromfluss begrenzt werden. Beschreibung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Laden eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.
Es wird ein Verfahren zum Laden eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs vorgestellt, wobei ein maximaler Ladestrom eines Ladevorgangs zum Laden des Fahrzeugs vor Beginn des Ladevorgangs basierend auf einem während zumindest einem vorhergehenden Ladevorgang ermittelten elektrischen Widerstand zumindest einer Schnittstellenkomponente einer Schnittstelle zwischen einem Ladegerät und dem Fahrzeug vorbestimmt wird.
Unter einem Laden des Fahrzeugs kann ein Laden einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs verstanden werden. Zwischen einem Ladegerät und der Traktionsbatterie kann eine lösbare Schnittstelle angeordnet sein. Eine Ladebuchse und ein Ladestecker können Schn ittstel lenkomponenten der Schnittstelle sein. Die Schnittstellenkomponenten können zusammengesteckt und wieder gelöst werden. Die Schnittstellenkomponenten können mehrere Steckverbinder aufweisen. Zwischen dem Ladegerät und dem Fahrzeug kann ein Ladekabel angeordnet sein. Das Ladekabel kann zumindest eine Hinleitung und eine Rückleitung zum Übertragen von elektrischer Energie aufweisen. Das Ladekabel kann auch Datenleitungen und Signalleitungen aufweisen. Die Leitungen können an der Schnittstelle elektrisch leitend verbunden und wieder getrennt werden. Das Ladekabel kann Bestandteil des Ladegeräts sein und über die Schnittstelle am Fahrzeug angesteckt sein. Das Ladekabel kann auch über eine erste Schnittstelle am Fahrzeug sowie über eine zweite Schnittstelle am Ladegerät angesteckt sein. Dann sind zwischen dem Ladegerät und der Traktionsbatterie zumindest zwei Schnittstellen angeordnet. Der hier vorgestellte Ansatz kann an jeder beliebigen Schnittstelle angewendet werden. Das Ladegerät kann beispielsweise als Wallbox oder als Ladesäule ausgeführt sein.
Ein Ladevorgang kann ein Zeitraum sein, in dem die Schnittstellenkomponenten miteinander verbunden sind und ein Ladestrom über die Hinleitung und die Rückleitung fließt. Der Ladestrom ist ein elektrischer Stromfluss zum Übertragen von elektrischer Leistung vom Ladegerät zur T raktionsbatterie beziehungsweise einer Ladeelektronik der Traktionsbatterie. Ein maximaler Ladestrom kann ein voreingestellter Höchstwert für den Ladestrom sein. Der maximale Ladestrom begrenzt die maximal mögliche übertragene Leistung. Ein tatsächlicher Ladestrom kann geringer als der maximale Ladestrom sein.
Der maximale Ladestrom kann auch vorbestimmt werden, wenn der elektrische Widerstand nur einer der Schnittstellenkomponenten bekannt ist. So kann beispielsweise ein Fahrzeug, das den hier vorgestellten Ansatz verwendet, auch an einem herkömmlichen Ladegerät geladen werden. Umgekehrt kann so ein herkömmliches Fahrzeug an einem Ladegerät geladen werden, das den hier vorgestellten Ansatz verwendet.
Der maximale Ladestrom kann basierend auf dem Widerstand zumindest einer Schn ittstel lenkomponente des Ladegeräts und dem Widerstand zumindest einer Schn ittstel lenkomponente des Fahrzeugs vorbestimmt werden. Wenn die Schnittstelle zwischen dem Kabel und dem Fahrzeug angeordnet ist, kann der maximale Ladestrom basierend auf dem Widerstand zumindest einer Schnittstellenkomponente des Kabels und dem Widerstand zumindest einer Schnittstellenkomponente des Fahrzeugs vorbestimmt werden. Wenn die Schnittstelle zwischen dem Kabel und dem Ladegerät angeordnet ist, kann der maximale Ladestrom basierend auf dem Widerstand zumindest einer Schn ittstel lenkomponente des Kabels und dem Widerstand zumindest einer Schn ittstel lenkomponente des Ladegeräts vorbestimmt werden. Der maximale Ladestrom kann basierend auf den beiden unterschiedlichen Widerständen der miteinander verbundenen Schnittstellenkomponenten vorbestimmt werden. Da das Fahrzeug an unterschiedlichen Ladegeräten aufgeladen werden kann, können an den unterschiedlichen Ladegeräten auch unterschiedliche maximale Ladeströme vorbestimmt werden. Ebenso können am gleichen Ladegerät unterschiedliche Fahrzeuge aufgeladen werden und am gleichen Ladegerät für unterschiedliche Fahrzeuge unterschiedliche maximale Ladeströme vorbestimmt werden. Durch die Verwendung der Widerstände von beiden Schnittstellenkomponenten kann der maximale Ladestrom mit einer erhöhten Genauigkeit vorbestimmt werden.
Eine Widerstandsermittlung zum Ermitteln des aktuellen elektrischen Widerstands der Schnittstelle kann während des aktuellen Ladevorgangs unter Verwendung einer aktuellen Temperatur der Schnittstelle und eines aktuellen Ladestroms über die Schnittstelle ausgeführt werden. Der ermittelte Widerstand kann für einen nachfolgenden Ladevorgang verwendet werden. Durch eine Ermittlung des Widerstands während des Ladevorgangs kann der zum Begrenzen des Ladestroms verwendete gespeicherte Widerstandswert einer Alterung der Schnittstelle beziehungsweise zumindest einer der Schnittstellenkomponenten nachgeführt werden. Der Widerstand kann unter Verwendung eines Modells ermittelt werden. Das Modell kann auf Messungen des Widerstands bei definierten Rahmenbedingungen basieren. Das Modell kann als Eingangsgröße die aktuelle Temperatur zumindest einer der Schnittstellenkomponenten und den aktuellen Ladestrom verwenden und als Ausgangsgröße den geschätzten elektrischen Widerstand bereitstellen.
Der Widerstand der Schnittstelle kann unter Verwendung eines vom Fahrzeug bereitgestellten, einen geschätzten elektrischen Widerstand einer Schnittstellenkomponente des Fahrzeugs repräsentierenden Fahrzeugwiderstandswerts und eines vom Ladegerät bereitgestellten, einen geschätzten elektrischen Widerstand einer Schnittstellenkomponente des Ladegeräts repräsentierenden Ladegerätwiderstandswerts ermittelt werden. Widerstandswerte können von Ladevorgang zu Ladevorgang gespeichert werden. Die geschätzten Widerstände der Schnittstellenkomponenten können addiert werden. Durch wechselnde Partner an der Schnittstelle kann jeweils ein anderer maximaler Ladestrom vorbestimmt werden.
Der aktuelle elektrische Widerstand der Schnittstellenkomponente des Fahrzeugs kann unter Verwendung des aktuellen elektrischen Widerstands der Schnittstelle und des im Ladegerät hinterlegten Ladegerätwiderstandswerts des vorhergehenden Ladevorgangs geschätzt werden. Der aktuelle elektrische Widerstand der Schnittstellenkomponente des Fahrzeugs kann im Ladegerät geschätzt werden. Im Ladegerät liegen dazu alle benötigten Werte vor. Der aktuelle elektrische Widerstand der Schnittstellenkomponente des Fahrzeugs kann in einem aktualisierten Fahrzeugwiderstandswert abgebildet werden und vom Ladegerät für das Fahrzeug bereitgestellt werden. Der Fahrzeugwiderstandswert kann über die Schnittstelle bereitgestellt werden. Der Fahrzeugwiderstandswert kann auch über einen anderen Kommunikationsweg bereitgestellt werden. Der im Fahrzeug hinterlegte Fahrzeugwiderstandswert kann unter Verwendung des geschätzten elektrischen Widerstands der Schnittstellenkomponente des Fahrzeugs während des aktuellen Ladevorgangs aktualisiert werden.
Der aktuelle elektrische Widerstand der Sch n ittstellenkom ponente des Ladegeräts kann unter Verwendung des aktuellen elektrischen Widerstands der Schnittstelle und des im Fahrzeug hinterlegten Fahrzeugwiderstandswerts des vorhergehenden Ladevorgangs geschätzt werden. Der aktuelle elektrische Widerstand der Sch nittstel lenkom ponente des Ladegeräts kann im Fahrzeug geschätzt werden. Im Fahrzeug liegen dazu alle benötigten Werte vor. Der aktuelle elektrische Widerstand der Schnittstellenkomponente des Ladegeräts kann in einem aktualisierten Ladegerätwiderstandswert abgebildet werden und vom Fahrzeug für das Ladegerät bereitgestelit werden. Der Ladegerätwiderstandswert kann über die Schnittstelle bereitgestellt werden. Der Ladegerätwiderstandswert kann auch über einen anderen Kommunikationsweg bereitgestellt werden. Der im Ladegerät hinterlegte Ladegerätwiderstandswert kann unter Verwendung des geschätzten elektrischen Widerstands der Schnittstellenkomponente des Ladegeräts während des aktuellen Ladevorgangs aktualisiert werden.
Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.
Das Steuergerät kann ein elektrisches Gerät mit zumindest einer Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, und zumindest einer Schnittstelle und/oder einer Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzu lesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Kurze Figurenbeschreibung
Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung einer Schnittstelle zwischen einer ersten Sch nittstellenkom ponente und einer zweiten Schnittstellenkomponente; und
Fig. 2 eine Darstellung eines Ladevorgangs unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel .
Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Detaillierte Beschreibung Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den Figuren 1-2 als Referenz beibehalten.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Schnittstelle 100 zwischen einer ersten Schnittstellenkomponente 102 und einer zweiten Schnittstellenkomponente 104 der Schnittstelle 100. Die Schnittstelle 100 ist in einer Leitung 106 zwischen zwei Teilnehmern A, B eines Ladevorgangs angeordnet. Der Teilnehmer A kann beispielsweise ein Ladegerät 108 und der Teilnehmer B kann eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs 110 sein. Ebenso kann der Teilnehmer A die T raktionsbatterie des Fahrzeugs 110 und der Teilnehmer B das Ladegerät 108 sein. Jeder Teilnehmer A, B weist ein hier nicht dargestelltes Steuergerät zum Ansteuern des Ladevorgags auf. Die Steuergeräte sind dazu ausgebildet, miteinander Daten auszutauschen und einen maximalen Ladestrom lMAX über die Schnittstelle 100 vor Beginn des Ladevorgangs in Abhängigkeit von einem Alterungszustand der Schn ittstel lenkomponenten 102, 104 vorzubestimmen.
Die Schnittstellenkomponenten 102, 104 sind als Steckverbinder ausgebildet. Hier ist die erste Schnittstellenkomponente 102 beispielsweise als Buchse ausgebildet, während die zweite Schnittstellenkomponente 104 als Stecker ausgebildet ist. Hier ist zur Vereinfachung nur eine Leitung 106 der Schnittstelle 100 dargestellt. Die Schnittstelle 100 kann mehrere weitere Leitungen 106 aufweisen. Zumindest kann die Schnittstelle 100 eine Hinleitung und eine Rückleitung zum Übertragen einer elektrischen Ladeleistung zum Laden der Traktionsbatterie aufweisen.
Ein elektrischer Stromfluss IA/B durch die Leitung 106 fließt über eine Kontaktfläche 112 zwischen den Schnittstellenkomponenten 102, 104. Aufgrund eines Übergangswiderstands RK an der Kontaktfläche 112 fällt an der Kontaktfläche 112 eine elektrische Spannung UK ab und die Kontaktfläche 112 erwärmt sich durch eine resultierende Verlustleistung PV. An den Teilnehmern A, B kann also beispielsweise jeweils eine unterschiedliche elektrische Spannung UA, UB gemessen werden. Der elektrische Stromfluss IA/B an den Teilnehmern A, B bleibt gleich. Dabei kann der elektrische Stromfluss lA/B an beiden Teilnehmern A, B separat gemessen werden. Aufgrund von Messungenauigkeiten ergeben sich dabei jeweils geringfügig unterschiedliche Werte für den elektrischen Stromfluss IA/B über die Schnittstelle 100. Die Schnitstellenkomponenten 102, 104 werden temperaturüberwacht. An der ersten Schnitstellenkomponente 102 wird ein erster Temperaturwert TA erfasst. An der zweiten Schn ittstel lenkomponente 104 wird ein zweiter Temperaturwert TB erfasst. Da die Temperaturwerte TA, TB nicht direkt an der Kontaktfläche 112 gemessen werden, kann eine Temperatur TK der Kontaktfläche 112 von den T emperaturwerten TA, TB abweichen.
Unter Verwendung der vorliegenden Messwerte können der Übergangswiderstand RK und die Verlustleistung PV berechnet werden.
Der Übergangswiderstand RK ist abhängig von einem Zustand der Kontaktfläche 112. Der Zustand der Kontaktfläche 112 wird wiederum durch Zustände von die Kontaktfläche 112 ausbildenden Oberflächen der Schnitstellenkomponenten 102, 104 bestimmt.
Beispielsweise können die Oberflächen durch Umwelteinflüsse altern und beispielsweise zumindest teilweise von Oxidschichten bedeckt sein, die einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Ebenso kann eine den Übergangswiderstand RK verbessernde Beschichtung der Oberflächen mechanisch und/oder thermisch geschädigt sein. Die Beschichtungen können beispielsweise beschädigt werden, wenn die Temperatur TK der Kontaktfläche 112 zumindest lokal auch nur kurzzeitig aufgrund eines zu hohen elektrischen Stromflusses IA/B über die Schnittstelle 100 über einen Schadenswert ansteigt. Diese Überschreitung kann durch die T emperaturwerte TA, TB nur mit einer Verzögerung abgebildet werden, wodurch die Beschichtung bereits geschädigt sein kann, wenn die Temperaturwerte TA, TB entsprechend hohe Werte aufweisen.
Durch den hier vorgestellten Ansatz kann eine solche Überschreitung der Temperatur TK der Kontaktfläche 112 proaktiv verhindert werden, indem unter Berücksichtigung des während eines vorhergehenden Ladevorgangs ermittelten Ü berga ngswiderstands RK der maximaler Ladestrom IMAX für den aktuellen Ladevorgang vorbestimmt wird.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines Ladevorgangs 200 unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren kann beispielsweise an einer Schnitstelle, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, angewandt werden. Während des Ladevorgangs 200 wird der maximale Ladestrom lMAX des Ladevorgangs 200 zum Laden des Fahrzeugs 110 vor Beginn des Ladevorgangs 200 basierend auf dem während zumindest einem vorhergehenden Ladevorgang ermittelten elektrischen Widerstand RA/B zumindest einer Schn itstel lenkomponente A, B der Schnittstelle 100 zwischen einem Ladegerät 108 und dem Fahrzeug 110 vorbestimmt. Der vorhergehende Ladevorgang ist vor Beginn des aktuellen Ladevorgangs 200 beendet worden. Die Schnittstelle 100 ist dabei zwischen dem vorhergehenden Ladevorgang und dem aktuellen Ladevorgang 200 getrennt worden. Das Fahrzeug 110 kann zwischen den Ladevorgängen bewegt worden sein. In einem Ausführungsbeispiel ist der vorhergehende Ladevorgang in Kombination mit einem anderen Ladegerät oder einem anderen Fahrzeug ausgeführt worden. Zwischen dem aktuellen Ladevorgang 200 und einem nachfolgenden Ladevorgang wird ebenfalls die Schnittstelle 100 getrennt.
Der Widerstand RA/B setzt sich dabei aus einem elektrischen Widerstand RA der ersten Schnittstellenkomponente A und einem elektrischen Widerstand RB der zweiten Schnittstellenkomponente B zusammen. Das Ladegerät 108 stellt dabei einen den elektrischen Widerstand RA der ersten Schnittstellenkomponente A während eines vorhergehenden Ladevorgangs abbildenden Ladegerätwiderstandswert RA,n bereit, während das Fahrzeug 110 einen den elektrischen Widerstand RB der zweiten Schn ittstel lenkomponente B während eines vorhergehenden Ladevorgangs abbildenden Fahrzeugwiderstandswert RB,m bereitstellt. Die Widerstandswerte RA,n, RB,m werden kombiniert und der maximale Ladestrom IMAX für den aktuellen Ladevorgang 200 vorbestimmt.
Während des aktuellen Ladevorgangs 200 werden im Ladegerät ein tatsächlicher Stromfluss lA und eine Temperatur TA der ersten Schnittstellenkomponente A erfasst. Unter Verwendung eines Modells der Schnittstelle 100 wird daraus der aktuelle Widerstand RK der Schnittstelle während des aktuellen Ladevorgangs 200 geschätzt. Da der Ladegerätwiderstandswert RA,n bekannt ist kann unter Verwendung des aktuellen Widerstands RK ein den geschätzten elektrischen Widerstand RB der zweiten Schn ittstel lenkomponente B während des aktuellen Ladevorgangs 200 abbildender geschätzter Fahrzeugwiderstandswert R* B,n bestimmt werden.
Im Fahrzeug werden während des aktuellen Ladevorgangs 200 ein tatsächlicher Stromfluss IB und eine Temperatur TB der zweiten Schnittstellenkomponente B erfasst. Unter Verwendung eines Modells der Schnittstelle 100 wird daraus der aktuelle Widerstand RK der Schnittstelle während des aktuellen Ladevorgangs 200 geschätzt. Da der Fahrzeugwiderstandswert RB,m bekannt ist kann unter Verwendung des aktuellen Widerstands RK ein den geschätzten elektrischen Widerstand RA der ersten Schnittstellenkomponente A während des aktuellen Ladevorgangs 200 abbildender geschätzter Ladegerätwiderstandswert R* A,m bestimmt werden.
Der geschätzte Fahrzeugwiderstandswert R* B,n und der geschätzte
Ladegerätwiderstandswert R* A,m werden während eines Datenaustausche 202 ausgetauscht und als Schätzwerte RA,n+1, RB,m+1 unter Verwendung jeweils zumindest eines Gewichtungsfaktors zum Nachführen der hinterlegten Widersta ndswerte RA,n, RB,m verwendet.
In einem Ausführungsbeispiel werden die nachgeführten Widerstandswerte RA,n, RB,m an ein übergeordnetes Datenverarbeitungssystem gesendet. Dort kann unter Verwendung der Widerstandswerte RA,n, RB,m die Notwendigkeit einer Reparatur der Schn ittstel lenkomponenten A und/oder B abgeschätzt werden. Ebenso können die Widerstandswerte RA,n, RB,m in einer Datenbank hinterlegt werden, über die beispielsweise vorteilhafte Paarungen von Fahrzeugen 110 und Ladegeräten 108 gesucht werden können. So kann beispielsweise vermieden werden, dass ein Fahrzeug 110 mit einer neuwertigen Schn ittstel lenkomponente B an einem Ladegerät 108 mit einer vorgeschädigten Schn ittstel lenkomponente A geladen wird.
Mit anderen Worten wird ein Verfahren zur Bestimmung der Ladekontaktflächenqualität beziehungsweise zur Optimierung der Ladestrategie von E-Fahrzeugen vorgestellt.
Steigende Ladeströme bei E-Fahrzeugen machen die genaue Bestimmung der Qualität von Kontaktflächen, welche zum Übertragen des Ladestroms genutzt werden nötig, um eine thermische Überlastung der Steckverbindung zu verhindern. Die Qualität der Kontaktflächen bestimmt dabei die Übergangswiderstände an den Stecker-Pins. Herkömmlicherweise kann die Temperatur der Kontakte bestimmt und der Ladestrom gemäß der ermittelten Temperatur verringert werden. Da die Temperatur jedoch nur mit einer gewissen Zeitverzögerung beziehungsweise Totzeit gemessen werden kann, ist die Reaktionszeit auf eine fehlerhafte Verbindung begrenzt und eine thermische Überlastung kann nicht immer ausgeschlossen werden.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden die gemessene Pintemperatur und der gemessene Ladestrom genutzt, um den Übergangswiderstand der aktuellen Steckverbindung zu schätzen. Dieser Wert wird über die Lebensdauer der Komponente fortlaufend aktualisiert, wobei ein Datenaustausch zwischen Fahrzeug und Ladesäule genutzt wird, um Alterungserscheinungen der Kontaktelemente zu ermitteln und somit den Anteil des Übergangswiderstands von Fahrzeug- und Infrastrukturseite zu bestimmen. Somit wird für jedes am Ladevorgang beteiligte Kontaktelement die aktuelle Oberflächengüte bestimmt und die Ladestrategie prädiktiv angepasst. D.h. ein temperaturbedingtes Derating beziehungsweise eine Herabsetzung des maximalen Ladestroms findet nicht erst bei Detektion einer Überhitzung statt sondern schon vorher und verhindert damit ein frühzeitiges Altern des intakten Kontaktelements.
Bisher werden reaktive Verfahren eingesetzt um ein Überhitzen der Steckverbindung zu vermeiden. Dafür wird fortlaufend die Temperatur der Kontaktelemente gemessen und bei zu hohen Temperaturen eine Reduktion des Ladestroms vorgenommen. Bei einer starken Abnutzung oder Beschädigung eines Kontaktelements, was zu einem deutlich erhöhten Übergangswiderstand der Steckverbindung führt, kann insbesondere bei sehr hohen Ladeströmen wie 500A und mehr eine temporäre Überhitzung und damit einhergehende weitere Schädigung des Kontakts nicht immer zuverlässig vermieden werden. Im schlimmsten Fall werden sogar die Kontakte z.B. der Ladedose des Fahrzeugs geschädigt, wenn mit einem stark abgenutzten Kontakt auf Infrastrukturseite geladen wird. Zwar kann der Übergangswiderstand auch jetzt schon bestimmt werden, allerdings fehlt die Kenntnis über den Kontaktflächenzustand des Ladepartners, sodass eine Alterungsüberwachung des eigenen Kontakts nicht oder höchstens ungenau möglich ist.
Alternativ kann eine Ladedose verwendet werden, in der eine besonders schnelle und genaue Temperaturmessung möglich ist. Die technische Umsetzung einer solchen Temperaturmessung ist jedoch sehr aufwändig und kostspielig, besonders wenn eine hohe Dynamik der Messung erreicht werden soll. Die hier vorgestellte Einbeziehung der gemessenen Daten der Ladesäule kann die Notwendigkeit einer solchen teuren Lösung verringern, da alterungsbedingte und damit schleichend auftretende Degradierungen der Kontakte fortlaufend erfasst werden und präventiv die Ladestrategie angepasst werden kann. Der hier vorgestellte Ansatz kann beispielweise in zukünftige Hochleistungsladeinfrastruktur integriert werden.
Durch die fortlaufende Bestimmung des „eigenen“ Übergangswiderstands bei jedem Ladevorgang und insbesondere bei wechselnden Ladepartnern, kann eine Beschädigung von intakten Kontaktelementen bei einem Ladeversuch mit einem geschädigten Ladepartner verhindert werden, indem die Ladestrategie bereits vor dem Auftreten von erhöhten Temperaturen angepasst wird.
Für den hier vorgestellten Ansatz tauschen beide am Ladevorgang beteiligte Parteien die nötigen Daten über eine Kommunikation von Fahrzeug und Infrastruktur aus. Die Kommunikation kann dabei drahtgebunden über die Schnittstelle und alternativ oder ergänzend drahtlos per Funk beziehungsweise über die Cloud erfolgen.
Grundlage des hier gezeigten Verfahrens ist die Ermittlung von Kontakttemperatur und Ladestrom sowohl auf Fahrzeug- als auch auf Infrastrukturseite, also an der Ladesäule oder Wallbox. Die Ermittlung dieser Werte erfolgt auch bisher bereits mit einer hohen Genauigkeit.
Die Strommessung im Fahrzeug ist eine der wichtigsten zu ermittelnden Kenngrößen in einem E-Fahrzeug. Die Strommessung auf der Infrastrukturseite ist u.a. für eine genaue Abrechnung der Kosten erforderlich. (Stichwort Eichung) Die Temperaturmessung auf beiden Seiten ist eine sicherheitsrelevante Funktion, um eine Überlastung bei hoher Ladeleistung zu verhindern. Die unabhängige Messung von Plus- und Minuspol ist dabei per Standard vorgegeben.
Somit liegen diese Messwerte in den Steuergeräten A und B als Input für eine Ermittlung der Kontaktflächenqualität vor. Die Kontaktflächenqualität hängt dabei direkt mit dem Übergangswiderstand an der Kontaktfläche zwischen den Komponenten A und B zusammen.
Nachfolgend wird nicht mehr spezifisch zwischen Fahrzeug- und Infrastrukturseite unterschieden, da das Verfahren auf beiden Seiten gleichermaßen Anwendung finden kann. Es wird nur noch zwischen den Teilnehmern eines Ladevorgangs (A und B) unterschieden.
Der Übergangswiderstand zwischen den Ladekontakten von A und B wird direkt in der am Kontakt gemessenen Temperatur abgebildet. Durch den Übergangswiderstand RK zwischen den Kontakten entsteht beim Laden eine Verlustleistung, welche direkt mit dem Ladestrom lA/B zusammenhängt.
PVerlust = IA/B 2 · RK Zur Bestimmung der Verlustleistung wird ein thermisches Modell des Ladesystems herangezogen, welches die Temperaturwerte und den Ladestrom mit der Verlustleistung in Relation setzt. Dafür wird die konstruktiv bedingte Wärmeabfuhr, z.B. über eine aktive Kühlung oder über die angebundenen thermischen Massen, wie Kabel oder Fahrzeugkarosserie zu berücksichtigt. Dieses Verhalten kann schon während der Entwicklung der am Ladevorgang beteiligten Komponenten unter kontrollierten Bedingungen bestimmt werden.
Durch Einprägen einer definierten Verlustleistung am Kontaktelement und der Messung des zeitlichen Temperaturverlaufs ist die Ableitung eines thermischen Ersatzschaltbildes, bestehend aus thermischen Widerständen und Kapazitäten, möglich. Vorteilhafterweise kann dies an mehreren Stellen des thermischen Gesamtsystems erfolgen. Ist ein ausreichend genau beschreibendes thermisches Ersatzschaltbild erstellt, kann dieses Modell wie bei dem hier vorgestellten Ansatz herangezogen werden, um „rückwärts“ von einem T em peraturverlauf auf die eingeprägte Verlustleistung zu schließen.
Des Weiteren kann zur Bestimmung der Verlustleistung die Ladespannung der Ladesäule mit der gemessenen Spannung im Fahrzeug verglichen werden. Die Spannungsdifferenz multipliziert mit dem Ladestrom ergibt genau die Verlustleistung, allerdings werden beispielsweise Leitungswiderstände in diesem Fall mit gemessen, so dass diese Spannungsmessung nicht allein für die Berechnung der Verlustleistung am Steckkontakt herangezogen werden kann.
Es wird angenommen, dass sich der Übergangswiderstand aus oberflächenspezifischen Anteilen für die Einzelkontakte zusammensetzt.
RK = RA + RB
Zu Beginn des Lebenszyklus eines Ladekontakts, wird dessen spezifischer Anteil am Übergangswiderstand mit RA,0 bzw. RB,0 bestimmt und im Steuergerät des jeweiligen Ladeteilnehmers A bzw. B als Initialwert hinterlegt. Wird nun ein Ladevorgang vorgenommen, so wird der Übergangswiderstand RK für diesen einen spezifischen Ladevorgang auf beiden Seiten ermittelt und der jeweils hinterlegte aktuelle spezifische Anteil RA bzw. RB davon abgezogen um einen Schätzwert für den Übergangswiderstand des Ladepartners zu ermitteln. Als konkretes Beispiel wird davon ausgegangen, dass A zum ersten Mal einen Ladevorgang erlebt {Zählvariable n = 0), somit also noch den Initialwert RA,0 hinterlegt hat. Für diesen ersten Ladevorgang bestimmt das Steuergerät in A über den Strom IA und die Temperatur TA den von A ermittelten Gesamtübergangswiderstand . Dieser setzt sich aus dem aktuell hinterlegten Anteil RA,0 und dem geschätzten Anteil R* B,0 zusammen.
Mit Abschluss des Ladevorgangs übermittelt A den geschätzten Anteil an den Ladepartner B und bekommt im Gegenzug den Schätzwert R* A,0 für seinen eigenen Anteil zurückgemeldet. Dieser Vorgang kann als „Voting“ bezeichnet werden, da sich die Ladepartner gegenseitig Abstimmen und Bewerten.
Der Schätzwert R* A,0 wird von A nun verwendet, um seinen intern hinterlegten Widerstandsanteil zu aktualisieren, wodurch sich der neue Wert RA,1 ergibt.
RA,1 = RA,0 + k · R* A,0
Der Faktor k dient hierbei zur Normierung und Gewichtung des geschätzten Widerstandsanteils. Da die Qualität der Strom- und T emperaturmessu ng bei verschiedenen Ladepartnern variieren und damit auch die Genauigkeit des geschätzten Widerstandsanteils schwanken kann, wird dieser Schätzwert nicht ohne weitere Evaluierung übernommen. Beispielsweise wird nicht der tatsächliche elektrische Widerstandswert genutzt, sondern ein vergleichbarer Ersatzwert, welcher die Oberflächenqualität des Ladekontakts normiert darstellt. Die Normierung kann beispielsweise auf einer prozentualen Skala mit 100% = neuwertiger Kontakt dargestellt werden.
Der neue Widerstandsanteil RA ,1 wird nun als aktueller Wert im Steuergerät von A hinterlegt und dient im nächsten Ladevorgang (n = 1) als Grundlage für die Anteilsbestimmung. B führt dasselbe Verfahren durch, sodass beide Teilnehmer nach dem Ladevorgang eine Aktualisierung ihres geschätzten Widerstandanteils durchgeführt haben. Bei wechselnden Ladepartnern führt dieses Verfahren dazu, dass die Teilnehmer voneinander lernen und ihren eigenen Widerstandsanteil mit steigender Genauigkeit bestimmen können. Als Beispiel kann hier eine öffentliche Schnellade-Station angenommen werden, welche täglich von verschiedenen Fahrzeugen genutzt wird. Eine alterungsbedingte Verschlechterung der Kontaktflächenqualität wird somit sukzessive in der Ladestation hinterlegt.
Wenn die Ladepartner A und B stets dieselben sind, können die Anteile verfälscht werden, da eine Alterung von A bei gleich bleibender Kontaktqualität von B zu einer Gleichverteilung des steigenden Übergangswiderstands auf beide Teilnehmer führen würde. Dies liegt daran, dass jeder Teilnehmer die eigene Kontaktqualität des vorhergehenden Ladevorgangs als aktuellen Wert annimmt. Ist diese jedoch seit dem letzten Ladevorgang gesunken, also der Anteil des Übergangswiderstands größer geworden, so geht dies direkt als Fehler in das Voting ein und der eigene Widerstandsanstieg wird dem Partner zugerechnet.
Durch wechselnde Ladepartner werden solche Extremfälle ausgeglichen, da sich solche Fehler nicht aufsummieren sondern auf die größere Anzahl an Ladepartnern verteilt und gleichermaßen von diesen ausgeglichen wird. Eine merkliche Alterung der Kontakte zwischen zwei Ladevorgängen wird als Extremfall angesehen. Alternativ ist eine Anpassung des Gewichtungsfaktors k möglich, welcher beim wiederholten Laden mit gleichem Ladepartner verringert wird, sodass sich ein entsprechender Fehler nicht mit jedem Ladezyklus verstärkt.
Das Verfahren stellt also eine Möglichkeit dar, für jeden Ladekontakt, bei dem die Temperatur und der Strom spezifisch bestimmt werden kann, z.B. DC+ und DC- beim Gleichstromladen, die Alterungserscheinungen der jeweiligen Kontaktoberfläche über die Lebensdauer zu bestimmen.
Vorteilhaft zeigt sich dies insbesondere am Szenario eines neuwertigen E-Fahrzeugs mit entsprechend neuwertigen Ladekontakten. Das Fahrzeug wird an einer vielgenutzten öffentlichen Ladesäule geladen. Es sei angenommen, dass die Kontakte der Ladesäule bereits einen stark erhöhten Übergangswiderstand beitragen und somit beim Laden mit hoher Leistung, beispielsweise 500A high power charging, eine sehr schnelle Erhitzung aller Ladekontakte erfolgt. Da eine hochdynamische T emperaturmessung von Ladekontakten aktuell nur unzureichend möglich ist steigt die Temperatur an den Ladekontakten , insbesondere direkt an der Kontaktfläche, sehr schnell an, was durch die integrierte Temperaturmessung aber nur mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung und verringerter Dynamik erfasst werden kann. Der gemessene Temperaturanstieg am Sensor entspricht also nicht dem Temperaturanstieg an der Kontaktstelle und die gemessene Temperatur am Sensor liegt u.U. deutlich unter der Temperatur an der Kontaktstelle. Wenn nun also auf den Sensorwert reagiert wird und nach einer gemessenen Temperaturerhöhung der Ladestrom verringert wird, kann die Temperatur an der Kontaktstelle bereits deutlich höher liegen und eine thermisch bedingte Alterung der Kontaktelemente erfolgt sein. Für das neuwertige Fahrzeug bedeutet dies eine vorzeitige Alterung der Ladekontakte aufgrund des fehlenden Wissens um den erhöhten Widerstandsanteil des Ladepartners. Die reaktive Ladestrategie konnte in diesem Fall also eine Schädigung/unnötige Alterung der Ladekontakte nicht verhindern.
Mit dem vorgestellten Verfahren ist es nun möglich, dass sich die Teilnehmer A und B vorab über die Qualität ihrer Ladekontakte austauschen und die Ladestrategie somit präventiv angepasst wird, um eine thermische Alterung der neuwertigen Kontakte schon im vornherein zu verhindern.
Dafür kann die gleiche Kommunikationsschnittstelle verwendet werden, welche auch für das Voting benötigt wird. Dafür ist sowohl eine direkte Kommunikation zwischen den Ladepartnern (bspw. über Powerline Communication, CAN oder NFC), als auch eine Cloud- basierte Kommunikation denkbar. Bei letzterer Variante wäre das Berücksichtigen der Kontaktqualität bereits beim Suchen einer geeigneten Ladestation möglich.
Des Weiteren bietet das Verfahren einen geeigneten Input für predictive maintenance Ansätze, bei denen die Ladekontakte einer Ladesäule bereits getauscht werden können, bevor diese zu thermischen Überlastungen führen können.
Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft gewählt. BEZUGSZEICHENLISTE
100 Schnittstelle
102 erste Schnittstellenkomponente
104 zweite Schnittstellenkomponente
106 Leitung
108 Ladegerät
110 Fahrzeug
112 Kontaktfläche lA/B elektrischer Stromfluss
RK Übergangswiderstand
UK elektrische Spannung
PV Verlustleistung
UA erste elektrische Spannung
UB zweite elektrische Spannung
TA erster Temperaturwert
TB zweiter Temperaturwert
TK Temperatur
IMAX maximaler Ladestrom
200 Ladevorgang
202 Datenaustausch RA erster elektrischer Widerstand
RB zweiter elektrischer Widerstand RA,n Ladegerätwiderstandswert RB,n Fahrzeugwiderstandswert
IA erster Stromfluss
R* B,n geschätzter Fahrzeugwiderstandswert
IB zweiter Stromfluss
R* A,m geschätzter Ladegerätwiderstandswert

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Laden eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (110), wobei ein maximaler Ladestrom (IMAX) eines Ladevorgangs (200) zum Laden des Fahrzeugs (110) vor Beginn des Ladevorgangs (200) basierend auf einem während zumindest einem vorhergehenden Ladevorgang ermittelten elektrischen Widerstand ( RA , RB) zumindest einer Schnittstellenkomponente (102, 104) einer Schnittstelle (100) zwischen einem Ladegerät (108) und dem Fahrzeug (110) vorbestimmt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , bei dem der maximale Ladestrom (IMAX) basierend auf dem Widerstand (RA) zumindest einer Schnittstellenkomponente (102) des Ladegeräts (108) und dem Widerstand (RB) zumindest einer Schnittstellenkomponente (104) des Fahrzeugs (110) vorbestimmt wird.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Widerstandsermittlung zum Ermitteln des aktuellen elektrischen Widerstands (RK) der Schnittstelle (100) während des aktuellen Ladevorgangs (200) unter Verwendung einer aktuellen Temperatur (TK) der Schnittstelle (100) und eines aktuellen Ladestroms (IA/B) über die Schnittstelle (100) ausgeführt wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Widerstand (RK) der Schnittstelle (100) unter Verwendung eines vom Fahrzeug (110) bereitgestellten, einen geschätzten elektrischen Widerstand einer
Sch n ittstellen komponente (104) des Fahrzeugs (110) repräsentierenden Fahrzeugwiderstandswerts (RB,m) und eines vom Ladegerät (108) bereitgestellten, einen geschätzten elektrischen Widerstand einer Schnittstellenkomponente (102) des Ladegeräts (108) repräsentierenden Ladegerätwiderstandswerts (RA,n) ermittelt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4 und rückbezogen auf Anspruch 3, bei dem der aktuelle elektrische Widerstand ( R* B,n) der Schnittstellenkomponente (104) des Fahrzeugs (110) unter Verwendung des aktuellen elektrischen Widerstands (RK) der Schnittstelle (100) und des im Ladegerät (108) hinterlegten Ladegerätwiderstandswerts (RA,nl) des vorhergehenden Ladevorgangs geschätzt wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem der im Fahrzeug (110) hinterlegte Fahrzeugwiderstandswert (RB,m) unter Verwendung des geschätzten elektrischen Widerstands ( R* B,n) der Schnittstellenkomponente (104) des Fahrzeugs (110) während des aktuellen Ladevorgangs (200) aktualisiert wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch 4 und rückbezogen auf Anspruch 3, bei dem der aktuelle elektrische Widerstand ( R* A,m) der Schnittsteilenkomponente (102) des Ladegeräts (108) unter Verwendung des aktuellen elektrischen Widerstands ( RK ) der Schnittstelle (100) und des im Fahrzeug (110) hinterlegten Fahrzeugwiderstandswerts (RB,m) des vorhergehenden Ladevorgangs geschätzt wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der im Ladegerät hinterlegte
Ladegerätwiderstandswert (RA,n ) unter Verwendung des geschätzten elektrischen Widerstands (R* A,m) der Schnittstellenkomponente (102) des Ladegeräts (108) während des aktuellen Ladevorgangs (200) aktualisiert wird.
9. Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in entsprechenden Einrichtungen auszuführen, umzusetzen und/oder anzusteuern.
10. Computerprogrammprodukt, das dazu eingerichtet ist, einen Prozessor bei Ausführung des Computerprogrammprodukts dazu anzuleiten, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, umzusetzen und/oder anzusteuern.
11 Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 10 gespeichert ist.
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