WO2018224553A1 - Ladesteuerung und ladesystem - Google Patents

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WO2018224553A1
WO2018224553A1 PCT/EP2018/064908 EP2018064908W WO2018224553A1 WO 2018224553 A1 WO2018224553 A1 WO 2018224553A1 EP 2018064908 W EP2018064908 W EP 2018064908W WO 2018224553 A1 WO2018224553 A1 WO 2018224553A1
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signal
cable
electric vehicle
control
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Klaus-Peter Linzmaier
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to a charging control for controlling a charging operation of an electric vehicle. Furthermore, the invention relates to a charging ⁇ system and the use of a charging control for charging an electric vehicle.
  • Charging controls are wellbil ⁇ det for controlling a charging process, wherein the charging process includes charging and / or discharging an energy storage of the electric vehicle.
  • Lade horrun ⁇ gen control to a power electronics that can be switched after contact and communication between the electric vehicle and the charging control for charging and / or discharging of the energy storage added.
  • the Leis ⁇ consumer electronics is taking performance to recharge the energy storage ready, the charge controller controls the charging process ⁇ and can further parameters concerning. Charging monitor.
  • a discharging operation can for example serve for supporting the power supply system or for supplying Ver ⁇ sumers.
  • the charging control is used analogously here.
  • energy storage can be used in electric vehicles, a memory for electrical energy. This may be an electrochemical energy storage, such as a composite of lithium-ion batteries, act.
  • a communication system and a communication device which is able to reduce attenuation of a communication signal, which is located on a control line Control Pilot.
  • An output circuit sends a control pilot signal generated in a voltage generator to an input circuit.
  • a communication unit between a grounded line and a control line Control Pilot on the output side of the output circuit connected via a bandpass filter.
  • the communication system can thereby be used when charging electric vehicles.
  • a PWM signal is used, which is used to signal the basic status of the electric vehicle in relation to the charging control.
  • control pilot signal is loaded with a resistance on the vehicle side, which in turn influences the voltage of the control pilot signal with regard to ground and / or protective conductor, in the English "protective earth" PE
  • the voltage level of 12V, 9V, 6V, 3V signals various operating states of the charging order for the basic status of the charging process can be reliably signaled by the electric vehicle and recognized by the charging control flank steep ⁇ ness of the PWM signal must meet certain criteria This is especially true with regard to the rise and fall time of the edge;.. well
  • the pulse width or the duty cycle must correspond to the pulse width / duty cycle required in the standard If the rise and / or fall time exceeds a certain length, the PWM signal can no longer be reliably detected and evaluated a square wave signal.
  • the object of the invention is to provide an improved charging control, in particular an improved communication of the charging control with an electric vehicle.
  • the charging controller has an adaptation device which serves to set a slope of the square-wave signal at the vehicle-side end of a charging cable by means of a transient response of a rectangular signal.
  • the square wave signal is formed in particular as a PWM signal, for example a control pilot signal in accordance with IEC 15118 and / or IEC 61851 from ⁇ .
  • the transient process is the process that sets itself by a rising or falling edge of the square wave signal.
  • the adaptation device is advantageously set up for setting the edge steepness of the rectangular signal at the vehicle-side end of a charging cable.
  • the adaptation device can serve, by means of a transient response of the rectangular signal to the communication device, to influence a slope of the square-wave signal at a charging plug, which is usually mounted on the vehicle-side end of the charging cable.
  • the charging controller may comprise a communication device which serves to generate a square wave signal.
  • a PWM signal for example a control pilot signal according to IEC 15118 or IEC 61851 is advantageous.
  • the charging control in a communication device which is designed program to generate the square wave signal and for modulating a communi cation ⁇ signal to the square wave signal.
  • the square wave signal is eg a PWM signal.
  • the combination of the two types of communication via the square wave signal and the communication signal is inventively improved by the matching device both with respect to the square wave signal and with respect to the much higher frequency communication signal.
  • the communication signal can be a powerline communication signal such as HomePlug AV or in particular HomePlug Green PHY and may be specified for use for communication according to IEC 15118.
  • the Mo can in this case be advantageously carried out by means of a QAM quadrature amplitude modulation and / or an OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing method dulation ⁇ . Further developments or alternatives to these modulation / multiplexing methods are equally applicable, and the communication quality can be further improved with the inventive charging control unit.
  • the adjustment device is designed for impedance matching at a frequency band of a Kommunikati ⁇ onssignals is.
  • the puris ⁇ policy of charging control with attached charging cable of the required frequency ranges is linear.
  • the adaptation device serves to provide an impedance matching to a frequency of at least 1 MHz, in particular of at least 1.5 MHz or 2 MHz.
  • the adaptation device has a time constant of at most 1 ys, in particular at most 500 ns.
  • the time constant - often referred ⁇ with the grie ⁇ trian letters, is a characteristic Size of a linear dynamic system that can be described by a differential equation or by an associated transmission ⁇ function.
  • the adaptation device serves to adjust the slope of the square-wave signal at the vehicle-side end of the charging cable, depending on a parameter of the charging cable. Additionally or alternatively, the adjustment device serves to provide an impedance matching to a frequency band of a communication signal depending on a parameter of the charging cable.
  • the PE conductor has proven to be unfavorable for communication purposes because it has been designed to dissipate large currents and accordingly has many faults. Nevertheless, the present to ⁇ passungs adopted enables high communica ⁇ tion quality; regardless of the conductors used.
  • the charging controller has a scanning device for detecting a voltage of the square-wave signal.
  • the scanner is for scanning the Square wave signal formed at a definable depending on the transient scanning time.
  • a peak value rectifier can be provided which rectifies the rectangular signal.
  • the peak value rectifier PT1 has behavior, so the rectified value can be held and read out after it has been detected for a long time, eg over several clock cycles of the microcontroller / AD converter used.
  • the peak value rectifier continues to hide advantageously occurring overshoots for detection by the microcontroller. This enables improved detection of aktu ⁇ ellen voltage value of the rectangular signal and thus a ver ⁇ improved detection of the current vehicle / charge status.
  • the invention is further achieved by a charging system, which has at least one charge controller according to the invention and a Ladeka ⁇ bel.
  • the system may further include a charging plug.
  • Such charging plugs are known, for example from the standard DIN EN 62196.
  • the charging system has a second adaptation device on the vehicle-side end of the charging cable. This can be designed so that it supports the effect of the adjustment device in the charging control and enhances their effect. It is particularly advantageous if a vehicle-side charging plug has the second adjustment means, as this represents the tat ⁇ sumbleliche border to the electric vehicle.
  • a third adjustment device may be provided, which is designed, for example, as an inductance.
  • the inductance ⁇ tivity can be chosen so that the inductive resistance is negligible at an upper useful frequency of the rectangular signal bar.
  • the inductor can be chosen also so who, ⁇ that the inductive resistance in the lower control frequency frequency of the communication signal, for example, 2 MHz is as large as possible, thereby less relevant to the vehicle-set each value of the resistor between the CP and PE for the transfer function of the communication signal , Values around 20 ⁇ +/- 50% have proven to be advantageous here. It is particularly advantageous if the inductance in the electric vehicle is placed between the connection of the communication signal al ⁇ such as a PLC connection according to HomePlug GreenPHY and load resistance.
  • the charging system further has at least one charging outlet.
  • a charging outlet can be provided directly to a parking space for an electric vehicle.
  • the charging outlet can be designed as a charging station or as a plug / socket on / in the wall. It is particularly advantageous if one or more charging controllers are arranged centrally in a control cabinet. Each charge outlet is still using a charging cable with an electric vehicle
  • a charging outlet may itself have a charging cable; the charging outlet may also have a socket which is connected to a charging cable of the electric vehicle.
  • the charging outlet can have its own power electronics for providing charging power, or can be designed to access a central power supply.
  • the charging control ⁇ thereby controls ro poverty the power flow in the direction elec-. It is particularly advantageous if the charging outlet is connected to the charging control by means of a line adapted to the square-wave signal and / or communication signal.
  • a line adapted to the square-wave signal and / or communication signal can, for example, a shielded multi-conductor Lei ⁇ tung, a two-core shielded cable, for example, esp. Be employed a PROFIBUS bus.
  • the charging system has a plurality of charging outlets.
  • the charging outlets can thereby be connected by ei ⁇ ner adapted to the rectangle signal line to the charging ⁇ control.
  • the charging outlets can be connected to an electric vehicle by means of a charging cable.
  • the charging system has a plurality of charging outlets.
  • the charging outlets have one each Charging control on and each of the charging outlets is connected by means of a charging cable with an electric vehicle.
  • All charging systems can have one or more second adjustment devices. These are advantageously to be arranged in each case at the vehicle end of the charging cable, in particular in a charging plug.
  • the charging system with a charge control according to the invention is also advantageously applicable when a charging cable is used that has a length of at least 5m, in particular a length of at least 10m, 15m, 20m or 50m.
  • the adaptation device can influence the rectangular signal and / or the communication signal in each case such that the length of the charging cable is compensated.
  • FIG. 1 schematically shows a first embodiment of a charging control
  • FIG. 3 schematically shows a second embodiment of a charging control
  • the charging control 10 has a signal generator 150 for generating a rectangular signal 50.
  • the charge controller 10 also has an adaptation device 12, which serves to NEN transient process of the rectangular signal 50 at the vehicle-side end 2080 of a charging cable 20 set.
  • the electric vehicle 80 has an energy store BATT and is communicable with the charging cable 20 and can be connected to transfer charging power, ie to charge and / or discharge the energy store BATT.
  • the charging power can be provided by a power electronics, which is not part of Figure 1.
  • the charging controller 10 may drive the power electronics to provide electrical power.
  • a first signal S12 is shown schematically.
  • the first signal S12 is entered over the time t and the voltage U and represents a section of the rectangular signal 50, which is adjusted by the matching device 12 and passes through a transient 51. This is the transfer characteristic or transfer function of the adapter 12 with respect to the rectangular signal 50.
  • the first signal S12 can be seen in conjunction with a second signal S80.
  • the second signal S80 thereby ideally illustrates the effect of the charging cable 20 with one
  • the rectangular signal 50 can be embodied, for example, as a PWM with a constant or variable duty cycle.
  • the rectangular signal 50 can via the so-called
  • Control Pilot and ground referenced in the electric vehicle environment also called PE to be transmitted to the electric vehicle 80.
  • FIG. 2 shows schematically a rising edge of a rectangular signal 50, which passes through a transient 51.
  • the reference numerals are chosen analogously to FIG.
  • a first signal S12 is to be seen, which has been adapted by the adaptation device 12, wherein the first signal S12 has a kink above the zero line 0V.
  • the break point at reference numeral 51 results from a corre sponding ⁇ selection of the adjustment means 12, in particular by the choice of a ratio of capacitances, for example, the ratio between a suppression capacity and a capacity in the adjusting device 12.
  • the kink at the reference numeral 51 is part of the transient 51.
  • a two ⁇ tes signal S80 shows the rectangular signal 50, which is applied to the vehicle-side end 2080 of the charging cable 20.
  • the settling process 51 is used here advantageous to set a flanks ⁇ slope 55 of the square-wave signal 50 at the vehicle-side end 2080 of the charging cable 20th
  • the transient 51 already passes through the zero line 0V very quickly. Therefore, the zero crossing is particularly suitable for the determination of the duty ⁇ grads of the rectangular signal 50.
  • On the vehicle side end 2080 of the charging cable 20 may depend on the state of charge to one, in proportion to the pulse length, short overshoot come 52nd
  • the transient process 51 can also be advantageously adapted to the length L20 of the charging cable 20.
  • the transient response 51 is attenuated so far that the second signal S80 is applied to the vehicle-side end 2080 of the charging cable 20.
  • This also applies to the case in which a charging plug is connected to the electric vehicle 80 at the vehicle-side end 2080 of the charging cable 20.
  • the electric vehicle can thus reliably detect a rising edge and evaluate the rectangular signal 50, or the duty cycle of the PWM signal.
  • the inherent low-pass function of common charging cables 20 can lead to the deformation of the signal S80 shown. In the present schematic representation, it does not depend on the actual course of the curves, but on the rapid increase to well above the zero line 0V.
  • FIG. 3 shows the charge controller 10 already known from FIG. 1 in a second embodiment.
  • the adaptation device 12 schematically shows the transient process 51 of the rectangular signal 50, which is shown here as the first signal S12. Furthermore, a frequency characteristic F12 of the adaptation device 12 can be seen in the frequency range, wherein the frequency characteristic F12 is plotted over the frequency f and amplitude A.
  • the frequency characteristic F12 shows schematics that the matching device 12 now serves in addition to an adaptation and / or impedance matching to a certain frequency band and / or for certain frequencies. In particular, the frequencies of the edges of the rectangular signal 50 are to be considered here.
  • Control Pilot CP and protective conductor PE can, for example, assume values of 2700 ⁇ 880 ⁇ and 240 ⁇ in accordance with the standard (eg IEC 61851) continues to have an effect on the square wave signal.
  • the foundedsein ⁇ direction 12 may also be advantageous to the load conditions out ⁇ sets.
  • FIG 4 shows a third embodiment of the charging controller 10 on the basis of Figures 1 and 3.
  • the signal generator 150 has such a signal source 160 for generating a Kiru ⁇ nikationssignals 60. These together form a communi cation ⁇ device 15, the sheet by means of a square-wave signal 50 with the electric vehicle 80 via the charging cable 20 communicates.
  • the rectangular signal 50 is the
  • the communication signal 60 modulated.
  • the communication signal 60 has a significantly higher bandwidth than the rectangular signal 50 and can be used for extended communication between the electric vehicle 80 and the charging controller 10 or other infrastructure connected thereto.
  • the adjustment device 12 is advantageously so designed that they are so ⁇ probably guarantees the slope of the square wave signal 50 at the vehicle-soapy end 2080 of the charging cable 20, as well as egg ⁇ ne impedance matching is carried out on the high-frequency Ltdunikationssig ⁇ nal 60th
  • the low-frequency rectangular signal 50, or the frequency of its edges can also be taken into account.
  • a capacitance C160 indicates the possibility of capacitive coupling of the communication signal 60.
  • the charging controller 10 has a resistor R 1 required in the standard, which is generally 1 k ⁇ , and the voltage required for implementing the control pilot signal required by the standards, eg DIN EN 61851-1, depending on the various operating states Status AF ; standby, vehicle detected, ready / charging, with ventilation, ... is used.
  • the charging controller 10 also has a suppression capacity CF, which serves to comply with EMC criteria.
  • the adaptation device 12 has a resistor R12 and a Ka ⁇ capacity C12 and is switched parallel to the resistor Rl tet. In order to obtain the best possible behavior of the adapter 12, the following embodiments have been found to be particularly advantageous.
  • the resistor R12 should be arranged in parallel with the resistor Rl required by the standard.
  • the resistor R12 should correspond approximately to the line impedance of the charging cable or the conductor used in the charging cable 20 here CP and PE. Here, values between 100 ⁇ and 800 ⁇ have it recognized ⁇ advantageous.
  • the capacitor C12 should advantageously be connected in series with the resistor R12 and be of the order of magnitude between half of the value of the capacitor CF and twice to three times the value of the capacitor CF. Values from 0.2 nF to 5 nF, in particular from 0.5 nF to 2 nF, have proven to be very advantageous.
  • a second matching circuit 128 has been inserted at the vehicle-side end 2080 of the charging cable 20.
  • the ⁇ se may for example be arranged in a charging plug and is considered optional, but further improves the signal quality of the rectangular signal 50.
  • the resistor R20 is considered that this is guided to ground and similar to the Wi ⁇ resistor R12 is selected from the range of the line impedance. It has proven to be advantageous if the placed on the vehicle side end 2080 resistor R20 by until is selected to be 50% larger than the resistance R12 of the Anpas ⁇ sungs liked 12th
  • FIG. 6 shows a charging control 10 based on the model of a charging control from FIG. 4, wherein the matching device 12 is now specified in greater detail. Furthermore, it should be noted that, for the sake of clarity, the interference suppression capacity CF has been replaced by a capacitance C160, which has both the capacitive contribution of the interference suppression capacity CF and a capacitive contribution of a coupling capacity of the signal source 160 for the signal source
  • Communication signal 60 taken into account are in the gel Re ⁇ than two different capacities, which are arranged in parallel according to substitute ⁇ diagram formed.
  • the signal source 160 ⁇ can be a powerline modem, such as HomePlug GreenPHY as part of the ISO / IEC 15118-3. Both the square wave signal 50 which is generated in the Sig ⁇ nalgenerator 150, and the communication ⁇ signal 60 which is generated in the signal source 160 to be taken into account ⁇ are in principle in the Fig. 6
  • the signal generator 150 and the signal source 160 can be implemented in a single component or by a plurality of components in a communication device 15 or in the charge controller 10. Since the communication signal 60 has a significantly higher frequency than the rectangular ⁇ signal 50 is correspondingly carefully perform service customization.
  • the matching resistor R12 is in turn analogous to the impedance of the charging cable 20 and the lines used, here to select the control pilot CP and the ground connection PE.
  • values between 100 ⁇ and 800 ⁇ have it recognized ⁇ advantageous.
  • the capacitance C12 should now be dimensioned so that both the interference suppression capacity CF and a capacitive proportion of the coupling capacity of the signal source 160 are taken into account. It has proven advantageous if the capacitance C12 is selected on the order of between 0.5 times C160 and three times C160. In addition, has it turned out to be advantageous to carry out a frequency analysis of the adaptation device and to dimension it to an impedance matching of> 1 MHz, in particular of> 2 MHz. Furthermore, it has proved to be advantageous if the adaptation device 12 has a time constant which is at most 1 ysec, in particular at most 0.5 ysec.
  • an optional second adaptation device 128 is provided on the vehicle-side end 2080 of the charging cable 20, which is to be dimensioned analogously to FIG. It should be noted that it may also be advantageous to apply the adaptation guidelines set out in FIG. 6 to a system without a communication signal 60, since this allows an even better adaptation to the square-wave signal.
  • FIG. 7 shows a charging system 100 comprising two charging outlets 25, each with an inventive charging controller 10 and a charging cable 20.
  • the charging outlets 25 are in communicative connection with a superordinate charging control 1000, which communicates with the charging controls 10 and controls them, for example, for smart grid applications.
  • the charge controllers 10 can be mixed with the superior charging control in 1000, for example via a network connection in 1010, esp. Ethernet, WLAN or industrial systems such as PROFINET communi ⁇ cate.
  • FIG. 8 shows a charging system 100 based on FIG. 7, wherein the charge controllers 10 are now arranged in the higher-level charge controller 1000 and no longer in the charge outlets 25.
  • the charge outlets 25 are connected by means of a line 26 adapted to the rectangular signal 50 and / or communication signal 60 connected to a respective associated charge controller 10.
  • the charging outlets 25 can be connected to each ei ⁇ nem electric vehicle 80. This has the advantage that favorable charging outlets 25 can be provided at the loading stations.
  • a protected cabinet can then be used as the parent charging controller 1000. This has in particular ⁇ special in public / semi-public space great advantages.
  • Is an adapted cable 26 is used as the signal quality at the loading ⁇ outlet 25 is almost identical to the signal quality ⁇ ty to the charging controller 10 and it is only the charge cable 20 relevant to a reduction of signal quality.
  • a line 26 adapted to the rectangular signal 50 and / or the communication signal 60 it is possible, for example, to use a shielded multicore cable, in particular a two-core shielded cable, for example a PROFIBUS bus line.
  • the invention relates to a charging controller 10 for controlling a charging operation of an electric vehicle 80.
  • the charging controller 10 has a matching means 12, which serves, by means of a transient 51 of a
  • the invention further relates to a charging system 100 having at least one charging controller 10 and a charging cable 20.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladesteuerung (10) zum Steuern eines Ladevorgangs eines Elektrofahrzeugs (80). Um eine verbesserte Ladesteuerung (10), insbesondere zur verbesserten Kommunikation der Ladesteuerung (10) mit dem Elektrofahrzeug (80), bereitzustellen wird vorgeschlagen, dass die Ladesteuerung (10) eine Anpassungseinrichtung (12) aufweist, die dazu dient, vermittels eines Einschwingvorgangs (51) eines Rechtecksignals (50) eine Flankensteilheit (55) des Rechtecksignals (50) am fahrzeugseitigen Ende (2080) eines Ladekabels (20) einzustellen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Ladesystem (100) mit zumindest einer Ladesteuerung (10) und einem Ladekabel (20).

Description

Beschreibung
Ladesteuerung und Ladesystem Die Erfindung betrifft eine Ladesteuerung zum Steuern eines Ladevorgangs eines Elektrofahrzeugs . Ferner betrifft die Er¬ findung ein Ladesystem und die Verwendung einer Ladesteuerung zum Laden eines Elektrofahrzeugs . Ladesteuerungen sind zum Steuern eines Ladevorgangs ausgebil¬ det, wobei der Ladevorgang das Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers des Elektrofahrzeugs umfasst. Ladesteuerun¬ gen steuern dazu eine Leistungselektronik an, die nach erfolgter Kontaktierung und Kommunikation zwischen dem Elektro- fahrzeug und der Ladesteuerung zum Laden und/oder Entladen des Energiespeichers hinzu geschaltet werden kann. Die Leis¬ tungselektronik stellt dabei die Leistung zum Aufladen des Energiespeichers bereit, die Ladesteuerung steuert den Lade¬ vorgang und kann weitere Parameter bzgl. des Ladevorgangs überwachen. Ein Entladevorgang kann beispielsweise zum Stützen des Energieversorgungsnetzes oder zum Versorgen von Ver¬ brauchern dienen. Die Ladesteuerung kommt hier analog zum Einsatz . Als Energiespeicher kann in Elektrofahrzeugen ein Speicher für elektrische Energie zum Einsatz kommen. Dabei kann es sich um einen elektrochemischen Energiespeicher, wie beispielsweise ein Verbund aus Lithium-Ionen Akkumulatoren, handeln .
Aus EP 2 733 861 AI ist ein Kommunikationssystem und ein Kommunikationsgerät bekannt, das in der Lage ist, Dämpfung eines Kommunikationssignals, das auf einer Steuerleitung Control Pilot liegt, zu verringern. Eine Ausgangsschaltung sendet ein in einem Spannungsgenerator erzeugtes Steuerpilotsignal an eine Eingangsschaltung. Dazu ist eine Kommunikationseinheit zwischen einer geerdeten Leitung und einer Steuerleitung Control Pilot auf der Ausgangsseite der Ausgangsschaltung über einen Bandpassfilter angeschlossen. Das Kommunikationssystem kann dabei beim Laden von Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen. Zur Kommunikation über ein Control Pilot Signal gemäß IEC 15118 und/oder IEC 61851 kommt ein PWM Signal zum Einsatz, das zur Signalisierung des Grundstatus des Elektrofahrzeugs gegenüber der Ladesteuerung eingesetzt wird. Dazu wird das Control Pilot Signal mit einem fahrzeugseitigen Widerstand belastet, was wiederum die Spannung des Control Pilot Signals bezüglich Masse und/oder Schutzleiter, im auch Englischen „protective earth" PE, beeinflusst. Das Spannungsniveau von 12V, 9V, 6V, 3V signalisiert dabei verschiedene Betriebszu- stände des Ladevorgangs. Damit der Grundstatus des Ladevor- gangs zuverlässig vom Elektrofahrzeug signalisiert und von der Ladesteuerung erkannt werden kann muss die Flankensteil¬ heit des PWM Signals gewisse Kriterien erfüllen. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der Anstiegs- und Abfallzeit der Flanke; auch die Pulsbreite bzw. der Tastgrad muss der in der Norm geforderten Pulsbreite/dem Tastgrad entsprechen. Überschreitet die Anstiegs- und/oder die Abfallzeit eine gewisse Länge, so kann das PWM Signal nicht mehr zuverlässig erkannt und ausgewertet werden. Ein PWM Signal ist eine Art eines Rechtecksignals .
Es ist Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Ladesteuerung, insbesondere eine verbesserte Kommunikation der Ladesteuerung mit einem Elektrofahrzeug, bereitzustellen. Die Ladesteuerung weist dazu eine Anpassungseinrichtung auf, die dazu dient, vermittels eines Einschwingvorgangs eines Rechtecksignals eine Flankensteilheit des Rechtecksignals am fahrzeugseitigen Ende eines Ladekabels einzustellen. Das Rechtecksignal ist insbesondere als ein PWM Signal, z.B. ein Control Pilot Signal gemäß IEC 15118 und/oder IEC 61851 aus¬ gebildet. So kann garantiert werden, dass das Elektrofahrzeug die Ladesteuerung korrekt erkennt und auch der vom Elektro- fahrzeug übertragene Grundstatus von der Ladesteuerung kor- rekt und problemfrei erfasst werden kann. Der Einschwingvorgang ist dabei der Vorgang, der sich durch eine steigende oder fallende Flanke des Rechtecksignals einstellt. Dieser ist abhängig von der Lastsituation, die auf das Rechtecksig- nal einwirkt. Es hat sich dabei unerwarteter Weise herausge¬ stellt, dass sich selbst mit Schwingungen und/oder Oberwellen versehene Einschwingvorgänge gut als Stellgröße für die Flan¬ kensteilheit am fahrzeugseitigen Ende eines Ladekabels eig¬ nen. Die Anpassungseinrichtung ist vorteilhaft zum Einstellen der Flankensteilheit des Rechtecksignals am fahrzeugseitigen Ende eines Ladekabels eingerichtet.
Die Anpassungseinrichtung kann in anderen Worten dazu dienen, mittels eines Einschwingvorgangs des Rechtecksignals an der Kommunikationseinrichtung eine Flankensteilheit des Rechtecksignals an einem Ladestecker, der in der Regel am fahrzeug- seitigen Ende des Ladekabels angebracht ist, zu beeinflussen.
Die Ladesteuerung kann eine Kommunikationseinrichtung aufwei- sen, die zum Erzeugen eines Rechtecksignals dient. Als Recht¬ ecksignal ist insbesondere ein PWM Signal, z.B. ein Control Pilot Signal gemäß IEC 15118 bzw. IEC 61851 vorteilhaft.
Die folgenden weiteren Ausführungsformen sind beliebig unter- einander kombinierbar und nicht auf einzelne Merkmale oder die beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Ladesteuerung eine Kommunikationseinrichtung auf, die zum Erzeu- gen des Rechtecksignals und zum Aufmodulieren eines Kommuni¬ kationssignals auf das Rechtecksignal ausgebildet ist. Das Rechtecksignal ist dabei z.B. ein PWM Signal. Die Kombination der beiden Kommunikationsarten über das Rechtecksignal und über das Kommunikationssignal wird erfindungsgemäß durch die Anpassungseinrichtung sowohl bezüglich des Rechtecksignals als auch bzgl. des deutlich höherfrequenten Kommunikationssignals verbessert. Das Kommunikationssignal kann dabei ein Powerline-Communication-Signal wie z.B. HomePlug AV oder insb. HomePlug Green PHY sein und kann dabei zur Nutzung für eine Kommunikation gemäß IEC 15118 spezifiziert sein. Die Mo¬ dulation kann dabei vorteilhafterweise mittels eines QAM Quadraturamplitudenmodulation und/oder eines OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Verfahrens durchgeführt werden. Weiterentwicklungen oder Alternativen zu diesen Modula- tions-/Multiplexing-Verfahren sind ebenso anwendbar und die Kommunikationsqualität kann weiter mit der erfindungsgemäßen Anpassungseinrichtung der Ladesteuerung verbessert werden.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die An¬ passungseinrichtung zur Erzeugung eines differenzierenden Übertragungsverhaltens bezüglich des Rechtecksignals dient. Das differenzierende Verhalten erzeugt einen hinreichend schnellen Flankenanstieg und ermöglicht weitere Optimierungen im Frequenzbereich. Aus der Systemtheorie sind sogenannte D- Glieder bekannt, die eine differenzierende Wirkung aufweisen. Diese können mit realen Eigenschaften beispielsweise als ka¬ pazitive Differenzierer ausgebildet sein.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Anpassungseinrichtung zur Impedanzanpassung an ein Frequenzband eines Kommunikati¬ onssignals ausgebildet ist. Idealerweise ist die Charakteris¬ tik der Ladesteuerung mit angeschlossenem Ladekabel über die benötigten Frequenzbereiche linear. Da es sich aber um ein reales System handelt und die aus den Norm geforderte Anpas¬ sung mittels einer Umschaltung von Widerständen realisiert wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine Impedanzan¬ passung für das Kommunikationssignal mittels der Anpassungs- einrichtung durchzuführen. Besonders geeignet hat sich dabei erweisen, wenn die Anpassungseinrichtung dazu dient, eine Impedanzanpassung an eine Frequenz von zumindest 1 MHz, insbesondere von zumindest 1,5 MHz oder 2 MHz, bereitzustellen. In einer weiteren Ausführungsform weist die Anpassungseinrichtung eine Zeitkonstante von höchstens 1 ys, insbesondere höchstens 500 ns, auf. Die Zeitkonstante - oft mit dem grie¬ chischen Buchstaben τ bezeichnet, ist eine charakteristische Größe eines linearen dynamischen Systems, das durch eine Differentialgleichung oder durch eine zugehörige Übertragungs¬ funktion beschrieben werden kann. Ein RC Glied hat beispielsweise die Zeitkonstante: τ = RC . Nach Ablauf von ca. drei Zeitkonstanten geht man im Allgemeinen davon aus, dass der Einschwingvorgang beendet ist, selbst wenn noch geringfügige Restschwingungen auftreten können.
In einer weiteren Ausführungsform dient die Anpassungsein- richtung dazu, abhängig von einem Parameter des Ladekabels die Flankensteilheit des Rechtecksignals am fahrzeugseitigen Ende des Ladekabels einzustellen. Ergänzend oder alternativ dient die Anpassungseinrichtung dazu, abhängig von einem Parameter des Ladekabels eine Impedanzanpassung an ein Fre- quenzband eines Kommunikationssignals bereitzustellen. Die
Abhängigkeit der Auslegung/Dimensionierung der Anpassungseinrichtung vom verwendeten Ladekabel, bzw. der im Ladekabel verwendeten Leiter, verbessert die Signalqualität sowohl des Kommunikations- als auch des Rechtecksignals, das letztend- lieh am Elektrofahrzeug anliegt erheblich. Dies geschieht insbesondere abhängig von einer Länge des Ladekabels, einer Impedanz des Ladekabels, einem Kapazitäts- und/oder einem Induktivitätsbelag des Ladekabels. Besonders relevant sind die Parameter der Leitungen im Ladekabel, die zur Kommunikation verwendet werden. Die Eigenschaften können aber auch durch die weiteren, parallel dazu liegenden Leiter im Ladekabel be- einflusst werden. In der Regel werden die Control Pilot Lei¬ tung als CP bezeichnet sowie die Masseleitung/der Schutzlei¬ ter oder PE-Leitung zur Kommunikation verwendet. Der PE Lei- ter hat sich als ungünstig für Kommunikationszwecke erwiesen, da dieser zur Ableitung großer Ströme konzipiert wurde und dementsprechend viele Störungen aufweist. Die vorliegende An¬ passungseinrichtung ermöglicht trotzdem eine hohe Kommunika¬ tionsqualität; unabhängig von den verwendeten Leitern.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Ladesteuerung eine Abtasteinrichtung zur Erfassung einer Spannung des Rechtecksignals auf. Die Abtasteinrichtung ist zum Abtasten des Rechtecksignals zu einem abhängig vom Einschwingvorgang definierbaren AbtastZeitpunkt ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann ein Spitzenwertgleichrichter vorgesehen werden, der das Rechtecksignal gleichrichtet. Vorteilhaft weist der Spit- zenwertgleichrichter PT1 Verhalten auf, so kann der gleichgerichtete Wert nachdem er erfasst wurde über längere Zeit, z.B. über mehrere Taktzyklen des verwendeten Mikrocontrol- lers/AD Wandlers hinweg, gehalten und ausgelesen werden. Der Spitzenwertgleichrichter blendet weiterhin vorteilhaft auf- tretende Überschwinger zur Erfassung durch den Mikrocontrol- ler aus. Dies ermöglicht eine verbesserte Erfassung des aktu¬ ellen Spannungswertes des Rechtecksignals und damit eine ver¬ besserte Erfassung des aktuellen Fahrzeug-/Ladezustands . Die Erfindung wird weiterhin durch ein Ladesystem gelöst, das zumindest eine erfindungsgemäße Ladesteuerung und ein Ladeka¬ bel aufweist. Das System kann weiterhin einen Ladestecker aufweisen. Derartige Ladestecker sind z.B. aus der Norm DIN EN 62196 bekannt. In einer weiteren Ausführungsform weist das Ladesystem eine zweite Anpassungseinrichtung am fahrzeugsei- tigen Ende des Ladekabels auf. Diese kann so ausgestaltet sein, dass sie die Wirkung der Anpassungseinrichtung in der Ladesteuerung unterstützt und deren Wirkung verstärkt. Besonders Vorteilhaft ist es wenn ein fahrzeugseitiger Ladestecker die zweite Anpassungseinrichtung aufweist, da dieser die tat¬ sächliche Grenze zum Elektrofahrzeug darstellt.
Vorteilhafterweise kann im Elektrofahrzeug selbst noch eine dritte Anpassungseinrichtung vorgesehen sein, die beispiels- weise als Induktivität ausgebildet ist. Dabei kann die Induk¬ tivität so gewählt werden, dass der induktive Widerstand bei einer oberen Nutzfrequenz des Rechtecksignals vernachlässig¬ bar ist. Weiterhin kann die Induktivität auch so gewählt wer¬ den, dass der induktive Widerstand bei der unteren Nutzfre- quenz des Kommunikationssignals z.B. 2 MHz möglichst groß ist, wodurch der jeweils fahrzeugseitig eingestellte Wert des Widerstands zwischen CP und PE für die Übertragungsfunktion des Kommunikationssignals weniger relevant wird. Werte um 20 μΗ +/- 50% haben sich hier als Vorteilhaft erwiesen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Induktivität im Elektro- fahrzeug zwischen dem Anschluss des Kommunikationssignals al¬ so z.B. ein PLC-Anschluss gemäß HomePlug GreenPHY und Belas- tungswiderstand platziert wird.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Ladesystem ferner zumindest einen Ladeabgang auf. Ein Ladeabgang kann direkt an einem Stellplatz für ein Elektrofahrzeug vorgesehen sein. Der Ladeabgang kann als Ladesäule oder als Stecker/Steckdose an/in der Wand ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine oder mehrere Ladesteuerungen zentral in einem Schaltschrank angeordnet sind. Jeder Ladeabgang ist weiterhin mittels eines Ladekabels mit einem Elektrofahrzeug
verbindbar. Ein Ladeabgang kann selbst ein Ladekabel aufweisen; der Ladeabgang kann auch eine Steckdose aufweisen, die mit einem Ladekabel des Elektrofahrzeugs verbunden wird.
Der Ladeabgang kann eine eigene Leistungselektronik zum Be- reitstellen von Ladeleistung aufweisen, oder zum Zugreifen eine zentrale Leistungsversorgung ausgebildet sein. Die Lade¬ steuerung steuert dabei den Leistungsfluss in Richtung Elekt- rofahrzeug. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Ladeabgang mittels einer auf das Rechtecksignal und/oder Kommunikations- signal angepassten Leitung mit der Ladesteuerung verbunden ist. Als auf das Rechtecksignal und/oder Kommunikationssignal angepasste Leitung kann z.B. eine geschirmte mehradrige Lei¬ tung, insb. eine zweiadrige geschirmte Leitung, z.B. eine PROFIBUS-Busleitung zum Einsatz kommen.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Ladesystem mehrere Ladeabgänge auf. Die Ladeabgänge können dabei mittels ei¬ ner auf das Rechtecksignal angepassten Leitung mit der Lade¬ steuerung verbunden sein. Die Ladeabgänge können mittels ei- nes Ladekabels mit einem Elektrofahrzeug verbunden werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Ladesystem mehrere Ladeabgänge auf. Die Ladeabgänge weisen dabei jeweils eine Ladesteuerung auf und jeder der Ladeabgänge ist mittels eines Ladekabels mit einem Elektrofahrzeug verbindbar.
Alle Ladesysteme können dabei eine oder mehrere zweite Anpas- sungseinrichtungen aufweisen. Diese sind vorteilhafterweise jeweils am fahrzeugseitigen Ende des Ladekabels, insbesondere in einem Ladestecker, anzuordnen.
Das Ladesystem mit einer erfindungsgemäßen Ladesteuerung ist auch dann vorteilhaft anwendbar, wenn ein Ladekabel zum Einsatz kommt, dass eine Länge von zumindest 5m, insbesondere eine Länge von zumindest 10m, 15m, 20m oder 50m aufweist. Die Anpassungseinrichtung kann das Rechtecksignal und/oder das Kommunikationssignal jeweils derart beeinflussen, dass die Länge des Ladekabels kompensiert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
FIG 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer Ladesteuerung,
FIG 2 eine steigende Flanke eines Rechtecksignals,
FIG 3 schematisch eine zweite Ausführungsform einer Lade- Steuerung,
FIG 4 schematisch eine dritte Ausführungsform einer Ladesteuerung,
FIG 5 eine Ladesteuerung im Detail,
FIG 6 eine Ladesteuerung mit einer Kommunikationseinrich- tung im Detail,
FIG 7 ein Ladesystem und
FIG 8 ein weiteres Ladesystem.
FIG 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Ladesteuerung 10 zum Steuern eines Ladevorgangs eines Elektrofahrzeugs 80. Die Ladesteuerung 10 weist einen Signalgenerator 150 zur Erzeugung eines Rechtecksignals 50 auf. Die Ladesteuerung 10 weist ferner eine Anpassungseinrichtung 12 auf, die dazu dient, ei- nen Einschwingvorgang des Rechtecksignals 50 am fahrzeugsei- tigen Ende 2080 eines Ladekabels 20 einzustellen. Das Elekt- rofahrzeug 80 weist einen Energiespeicher BATT auf und ist mit dem Ladekabel 20 kommunikativ und zur Übertragung von La- deleistung, d.h. zum Be- und/oder Entladen des Energiespeichers BATT, verbindbar. Die Ladeleistung kann von einer Leistungselektronik bereitgestellt werden, die nicht Teil der Figur 1 ist. Die Ladesteuerung 10 kann die Leistungselektronik zum Bereitstellen von elektrischer Leistung ansteuern. In der Anpassungseinrichtung 12 ist schematisch ein erstes Signal S12 zu sehen. Das erste Signal S12 ist über die Zeit t und die Spannung U eingetragen und stellt einen Ausschnitt des Rechtecksignals 50 dar, dass durch die Anpassungseinrichtung 12 angepasst wird und einen Einschwingvorgang 51 durchläuft. Es handelt sich damit um die Übertragungscharakteristik oder Übertragungsfunktion der Anpassungseinrichtung 12 bzgl. des Rechtecksignals 50. Am fahrzeugseitigen Ende 2080 des Ladeka¬ bels 20 ist das erste Signal S12 in Verbindung mit einem zweiten Signal S80 zu sehen. Das zweite Signal S80 zeigt da- bei idealisiert die Auswirkung des Ladekabels 20 mit einer
Länge L20 auf das Rechtecksignal 50, dass über das Ladekabel 20 übertragen wird und ggf. fahrzeugseitig durch einen Wider¬ stand weiter belastet wird. Das Rechtecksignal 50 kann dabei z.B. als PWM mit konstantem oder variablem Tastgrad ausgebil- det sein. Das Rechtecksignal 50 kann über den sogenannten
Control Pilot und massebezogen im Elektrofahrzeugumfeld auch PE genannt zum Elektrofahrzeug 80 übertragen werden.
FIG 2 zeigt schematisch eine steigende Flanke eines Rechteck- signals 50, das einen Einschwingvorgang 51 durchläuft. Die Bezugszeichen sind analog zur FIG 1 gewählt. Dabei ist ein erstes Signal S12 zu sehen, das durch die Anpassungseinrichtung 12 angepasst wurde, wobei das erste Signal S12 eine Knickstelle oberhalb der Nulllinie 0V aufweist. Die Knick- stelle am Bezugszeichen 51 ergibt sich durch eine entspre¬ chende Wahl der Anpassungseinrichtung 12, insbesondere durch die Wahl von einem Verhältnis von Kapazitäten, z.B. das Verhältnis zwischen einer Entstörkapazität und einer Kapazität in der Anpassungseinrichtung 12. Die Knickstelle am Bezugszeichen 51 ist ein Teil des Einschwingvorgangs 51. Ein zwei¬ tes Signal S80 zeigt das Rechtecksignal 50, das am fahrzeug- seitigen Ende 2080 des Ladekabels 20 anliegt. Der Einschwing- Vorgang 51 wird hier vorteilhaft dazu genutzt, eine Flanken¬ steilheit 55 des Rechtecksignals 50 am fahrzeugseitigen Ende 2080 des Ladekabels 20 einzustellen. Durch geschicktes wählen der Anpassungseinrichtung 12 durchläuft der Einschwingvorgang 51 bereits sehr schnell die Nulllinie 0V. Der Nulldurchgang eignet sich deshalb besonders gut zur Ermittlung des Tast¬ grads des Rechtecksignals 50. Am fahrzeugseitigen Ende 2080 des Ladekabels 20 kann es abhängig vom Ladezustand zu einem, im Verhältnis zur Pulslänge, kurzen Überschwingen 52 kommen. Der Einschwingvorgang 51 kann weiterhin vorteilhaft an die Länge L20 des Ladekabels 20 angepasst werden. Durch die elektrischen Eigenschaften des Ladekabels 20 und die Eigenschaften des daran angeschlossenen Elektrofahrzeugs 80 wird der Einschwingvorgang 51 so weit gedämpft, dass am fahrzeug- seitigen Ende 2080 des Ladekabels 20 das zweite Signal S80 anliegt. Dies gilt auch für den Fall, dass ein Ladestecker am fahrzeugseitigen Ende 2080 des Ladekabels 20 in Verbindung mit dem Elektrofahrzeug 80 steht. Das Elektrofahrzeug kann somit zuverlässig eine steigende Flanke erkennen und das Rechtecksignal 50, bzw. den Tastgrad des PWM Signals auswer- ten. Durch die inhärente Tiefpassfunktion gängiger Ladekabel 20 kann es zur gezeigten Verformung des Signals S80 kommen. In der vorliegenden schematischen Darstellung kommt es dabei nicht auf den tatsächlichen Verlauf der Kurven an, sondern auf den schnellen Anstieg bis deutlich über die Nulllinie 0V.
FIG 3 zeigt die bereits aus FIG 1 bekannte Ladesteuerung 10 in einer zweiten Ausführungsform. Die Anpassungseinrichtung 12 zeigt schematisch den Einschwingvorgang 51 des Rechtecksignals 50, das hier als erstes Signal S12 dargestellt ist. Weiterhin ist eine Frequenzcharakteristik F12 der Anpassungseinrichtung 12 im Frequenzbereich zu sehen, wobei die Frequenzcharakteristik F12 über die Frequenz f und Amplitude A angetragen ist. Die Frequenzcharakteristik F12 zeigt Schema- tisch, dass die Anpassungseinrichtung 12 nun zusätzlich zu einer Anpassung und/oder Impedanzanpassung an ein gewisses Frequenzband und/oder für gewisse Frequenzen dient. Insbesondere die Frequenzen der Flanken des Rechtecksignals 50 sind hier zu berücksichtigen. Die Impedanz des Ladekabels 20 in
Verbindung mit den Lastzuständen des Elektrofahrzeugs 80 können vorteilhaft berücksichtigt werden. Der Widerstand über Control Pilot CP und Schutzleiter PE kann gemäß Norm (u.a. IEC 61851) z.B. Werte von 2700Ω 880Ω und 240Ω annehmen wirkt sich weiter auf das Rechtecksignal aus. Die Anpassungsein¬ richtung 12 kann auch vorteilhaft auf die Lastzustände ausge¬ legt sein.
FIG 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Ladesteuerung 10 auf Basis von FIG 1 und 3. Neben dem Signalgenerator 150 weist diese eine Signalquelle 160 zur Erzeugung eines Kommu¬ nikationssignals 60 auf. Diese bilden zusammen eine Kommuni¬ kationseinrichtung 15, die mittels eines Rechtecksignals 50 mit dem Elektrofahrzeug 80 über das Ladekabel 20 kommuni- ziert. Zusätzlich dazu wird auf das Rechtecksignal 50 das
Kommunikationssignal 60 moduliert. Das Kommunikationssignal 60 hat eine deutlich höhere Bandbreite als das Rechtecksignal 50 und kann zur erweiterten Kommunikation zwischen dem Elekt- rofahrzeug 80 und der Ladesteuerung 10 bzw. weiterer daran angeschlossener Infrastruktur genutzt werden. Mit der Kommunikationseinrichtung 15 sind somit sogenannte Smart-Grid-An- wendungen gemäß ISO/IEC 15118 möglich. Die Anpassungseinrichtung 12 ist dabei vorteilhaft so ausgestaltet, dass sie so¬ wohl die Flankensteilheit des Rechtecksignals 50 am fahrzeug- seifigen Ende 2080 des Ladekabels 20 garantiert, als auch ei¬ ne Impedanzanpassung an das hochfrequente Kommunikationssig¬ nal 60 durchführt. Das niederfrequente Rechtecksignal 50, bzw. die Frequenz von dessen Flanken können ebenfalls berücksichtigt werden. Eine Kapazität C160 deutet die Möglichkeit der kapazitiven Kopplung des Kommunikationssignals 60 an.
FIG 5 zeigt eine Ladesteuerung 10 nach dem Vorbild einer La¬ desteuerung der FIG 1 und FIG 3 im Detail. Das Ladekabel 20 ist durch eine Control-Pilot-Leitung CP und eine Masseleitung PE über das fahrzeugseitige Ende 2080 des Ladekabels 20 mit einem Elektrofahrzeug 80 verbindbar. Die Ladesteuerung 10 weist dazu einen in der Norm geforderten Widerstand Rl auf, der in der Regel 1 kQ beträgt und der zur Realisierung der in den Normen z.B. DIN EN 61851-1 geforderten Spannungen des Control Pilot Signals abhängig von den verschiedenen Be- triebszuständen Status A-F; standby, vehicle detected, ready/charging, with Ventilation, ... dient.
Die Ladesteuerung 10 weist ferner eine Entstörkapazität CF auf, die der Einhaltung von EMV Kriterien dient. Die Anpassungseinrichtung 12 weist einen Widerstand R12 sowie eine Ka¬ pazität C12 auf und ist parallel zum Widerstand Rl geschal- tet. Um ein möglichst optimales Verhalten der Anpassungseinrichtung 12 zu erhalten, haben sich folgende Ausführungsformen als besonders vorteilhaft herausgestellt. Der Widerstand R12 sollte parallel zu dem aus der Norm geforderten Widerstand Rl angeordnet sein. Der Widerstand R12 sollte dabei in etwa der Leitungsimpedanz des Ladekabels bzw. der im Ladekabel 20 verwendeten Leiter hier CP und PE entsprechen. Dabei haben sich Werte zwischen 100 Ω und 800 Ω als vorteilhaft er¬ wiesen. Die Kapazität C12 sollte vorteilhaft in Serie mit dem Widerstand R12 geschaltet sein und in der Größenordnung zwi- sehen der Hälfte des Wertes der Kapazität CF und dem doppel¬ ten bis dreifachen des Wertes der Kapazität CF gewählt sein. Werte von 0,2 nF bis 5nF, insbesondere von 0,5 nF bis 2 nF, haben sich als sehr vorteilhaft erwiesen. Des Weiteren ist am fahrzeugseitigen Ende 2080 des Ladekabels 20 eine zweite Anpassungsschaltung 128 eingefügt worden. Die¬ se kann beispielsweise in einem Ladestecker angeordnet sein und ist als optional anzusehen, verbessert die Signalqualität des Rechtecksignals 50 aber weiter. Für den Widerstand R20 gilt, dass dieser gegen Masse geführt ist und analog zum Wi¬ derstand R12 im Bereich der Leitungsimpedanz gewählt ist. Dabei hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der am fahrzeugseitigen Ende 2080 platzierte Widerstand R20 um bis zu 50 % größer gewählt wird als der Widerstand R12 der Anpas¬ sungseinrichtung 12.
FIG 6 zeigt eine Ladesteuerung 10 nach dem Vorbild einer La- desteuerung aus FIG 4, wobei die Anpassungseinrichtung 12 nun näher spezifiziert wird. Des Weiteren ist zu beachten, dass der Übersichtlichkeit halber die Entstörkapazität CF durch eine Kapazität C160 ersetzt wurde, die sowohl den kapazitiven Beitrag der Entstörkapazität CF als auch einen kapazitiven Beitrag einer Koppelkapazität der Signalquelle 160 für das
Kommunikationssignal 60 berücksichtigt. Diese sind in der Re¬ gel als zwei unterschiedliche Kapazitäten, die gemäß Ersatz¬ schaltbild parallel angeordnet sind, ausgebildet. Die Signal¬ quelle 160 kann dabei ein Powerline-Modem sein, z.B. gemäß HomePlug GreenPHY im Rahmen der ISO/IEC 15118-3. Prinzipiell sind in der FIG 6 sowohl das Rechtecksignal 50, das im Sig¬ nalgenerator 150 erzeugt wird, als auch das Kommunikations¬ signal 60, das in der Signalquelle 160 erzeugt wird, zu be¬ rücksichtigen. Der Signalgenerator 150 und die Signalquelle 160 können dabei in einem einzigen Bauteil oder durch mehrere Bauteile in einer Kommunikationseinrichtung 15 bzw. in der Ladesteuerung 10 realisiert sein. Da das Kommunikationssignal 60 eine deutlich höhere Frequenz aufweist als das Rechteck¬ signal 50 ist die Anpassung dementsprechend sorgfältig durch- zuführen.
Der Anpassungswiderstand R12 ist wiederum analog zur Impedanz des Ladekabels 20 bzw. der verwendeten Leitungen, hier der Control Pilot CP und die Masseanbindung PE zu wählen. Dabei haben sich Werte zwischen 100 Ω und 800 Ω als vorteilhaft er¬ wiesen .
Die Kapazität C12 sollte nun so dimensioniert werden, dass sowohl die Entstörkapazität CF als auch ein kapazitiver An- teil der Koppelkapazität der Signalquelle 160 berücksichtigt werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Kapazität C12 in der Größenordnung zwischen dem 0,5fachen C160 bis zum dreifachen C160 gewählt ist. Darüber hinaus hat sich als vorteilhaft herausgestellt, eine Frequenzbetrachtung der Anpassungseinrichtung durchzuführen und diese auf eine Impedanzanpassung von > 1 MHz, insbesondere von > 2 MHz zu dimensionieren. Weiterhin hat sich als vorteilhat erwiesen, wenn die Anpassungseinrichtung 12 eine Zeitkonstante aufweist, die höchstens 1 ysec, insbesondere höchstens 0,5 ysec beträgt .
Analog zu FIG 5 ist in FIG 6 am fahrzeugseitigen Ende 2080 des Ladekabels 20 eine optionale zweite Anpassungseinrichtung 128 vorgesehen, die analog zur FIG 5 zu dimensionieren ist. Es ist anzumerken, dass es auch vorteilhaft sein kann, die zur FIG 6 ausgeführten Anpassungsrichtlinien auf ein System ohne Kommunikationssignal 60 anzuwenden, da so eine noch bes- sere Anpassung auf das Rechtecksignal durchgeführt werden kann .
FIG 7 zeigt ein Ladesystem 100 aufweisend zwei Ladeabgänge 25 mit jeweils einer erfindungsgemäßen Ladesteuerung 10 und ei- nem Ladekabel 20. Jeder der Ladeabgänge ist mit einem Elekt- rofahrzeug 80, die jeweils einen Energiespeicher BATT aufwei¬ sen, verbunden. Die Ladeabgänge 25 stehen in kommunikativer Verbindung mit einer übergeordneten Ladesteuerung 1000, die mit den Ladesteuerungen 10 kommuniziert und diese z.B. für Smart Grid Anwendungen ansteuert. Die Ladesteuerungen 10 können dabei mit der übergeordneten Ladesteuerung 1000 beispielsweise über eine Netzwerkverbindung 1010, insb. Ethernet, WLAN oder auch industrielle Systeme wie PROFINET kommu¬ nizieren .
FIG 8 zeigt ein Ladesystem 100 auf Basis von FIG 7, wobei die Ladesteuerungen 10 nun in der übergeordneten Ladesteuerung 1000 angeordnet sind und nicht mehr in den Ladeabgängen 25. Die Ladeabgänge 25 sind mittels einer auf das Rechtecksignal 50 und/oder Kommunikationssignal 60 angepassten Leitung 26 mit einer jeweils zugeordneten Ladesteuerung 10 verbunden. Mittels des Ladekabels 20 sind die Ladeabgänge 25 mit je ei¬ nem Elektrofahrzeug 80 verbindbar. Dies hat den Vorteil, dass günstige Ladeabgänge 25 an den Ladeplätzen vorgesehen werden können. Ein geschützter Schaltschrank kann dann als übergeordnete Ladesteuerung 1000 verwendet werden. Dies hat insbe¬ sondere im öffentlichen/teilöffentlichen Raum große Vorteile. Wird eine angepasste Leitung 26 verwendet, so ist die Signal¬ qualität am Ladeabgang 25 fast identisch mit der Signalquali¬ tät an der Ladesteuerung 10 und es ist nur das Ladekabel 20 relevant für eine Minderung der Signalqualität. Als auf das Rechtecksignal 50 und/oder Kommunikationssignal 60 angepasste Leitung 26 kann z.B. eine geschirmte mehradrige Leitung, insb. eine zweiadrige geschirmte Leitung, z.B. eine PROFIBUS- Busleitung zum Einsatz kommen.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Ladesteuerung 10 zum Steuern eines Ladevorgangs eines Elektrofahrzeugs 80. Um eine verbesserte Ladesteuerung 10, insbesondere zur verbes¬ serten Kommunikation der Ladesteuerung 10 mit dem Elektro- fahrzeug 80, bereitzustellen wird vorgeschlagen, dass die Ladesteuerung 10 eine Anpassungseinrichtung 12 aufweist, die dazu dient, vermittels eines Einschwingvorgangs 51 eines
Rechtecksignals 50 eine Flankensteilheit 55 des Rechtecksig¬ nals 50 am fahrzeugseitigen Ende 2080 eines Ladekabels 20 einzustellen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Ladesystem 100 mit zumindest einer Ladesteuerung 10 und einem Ladekabel 20.

Claims

Patentansprüche
1. Ladesteuerung (10) zum Steuern eines Ladevorgangs eines Elektrofahrzeugs (80), aufweisend eine Anpassungseinrichtung (12), die dazu dient, vermittels eines Einschwingvorgangs (51) eines Rechtecksignals (50) eine Flankensteilheit (55) des Rechtecksignals (50) am fahrzeugseitigen Ende (2080) ei¬ nes Ladekabels (20) einzustellen. 2. Ladesteuerung (10) nach Anspruch 1, aufweisend eine Kommunikationseinrichtung (15) die zum Erzeugen des Rechtecksignals (50) und zum Aufmodulieren eines Kommunikationssignals (60), insbesondere Mittels eines QAM und/oder eines OFDM Ver¬ fahrens, auf das Rechtecksignal (50) ausgebildet ist.
3. Ladesteuerung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassungseinrichtung (12) zur Erzeugung eines differenzierenden Übertragungsverhaltens bezüglich des Recht¬ ecksignals (50) dient.
4. Ladesteuerung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassungseinrichtung (12) zur Impedanzanpassung an ein Frequenzband eines Kommunikationssignals (60) ausgebildet ist.
5. Ladesteuerung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassungseinrichtung (12) ferner dazu dient, eine Impedanzanpassung an eine Frequenz von zumindest 1 MHz, insbesondere von zumindest 2 MHz, bereitzustellen.
6. Ladesteuerung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassungseinrichtung eine Zeitkonstante von höchstens 1 ys, insbesondere höchstens 500 ns, aufweist. 7. Ladesteuerung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassungseinrichtung (12) dazu dient, jeweils abhängig von einem Parameter des Ladekabels (20) die Flankensteilheit (55) des Rechtecksignals (50) am fahrzeugseitigen Ende des Ladekabels (20) einzustellen und/oder eine Impedanzanpassung an ein Frequenzband eines Kommunikationssignals (60) bereitzustellen. 8. Ladesteuerung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Abtasteinrichtung zur Erfassung einer Spannung des Rechtecksignals (50), wobei die Abtasteinrich¬ tung zum Abtasten des Rechtecksignals (50) zu einem abhängig vom Einschwingvorgang (51) definierbaren AbtastZeitpunkt aus- gebildet ist.
9. Ladesteuerung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Spitzenwertgleichrichter, der zum gleichrichten des Rechtecksignal (50) ausgebildet ist.
10. Ladesystem (100) aufweisend zumindest eine Ladesteuerung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und ein Ladekabel (20) . 11. Ladesystem (100) nach Anspruch 10, ferner aufweisend eine zweite Anpassungseinrichtung (128) am fahrzeugseitigen Ende (2080) des Ladekabels (20) .
12. Ladesystem (100) nach Anspruch 10 oder 11, ferner auf- weisend zumindest einen Ladeabgang (25) , wobei der Ladeabgang
(25) mittels einer auf das Rechtecksignal (50) und/oder Kom¬ munikationssignal (60) angepassten Leitung (26) mit der Lade¬ steuerung (10) verbunden ist und wobei der Ladeabgang (25) mittels des Ladekabels (20) mit einem Elektrofahrzeug (80) verbindbar ist.
13. Ladesystem (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner aufweisend mehrere Ladeabgänge (25) , wobei die Ladeab¬ gänge (25) mittels einer auf das Rechtecksignal angepassten Leitung (26) mit der Ladesteuerung (10) verbunden sind und wobei der Ladeabgang (25) mittels des Ladekabels (20) mit ei¬ nem Elektrofahrzeug (80) verbindbar ist.
14. Ladesystem (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, ferner aufweisend mehrere Ladeabgänge (25) , wobei die Ladeab¬ gänge (25) jeweils eine Ladesteuerung (10) aufweisen und wo¬ bei jeder der Ladeabgänge (25) mittels eines Ladekabels (20) mit einem Elektrofahrzeug (80) verbindbar sind.
15. Ladesystem (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wo¬ bei das Ladekabel (20) eine Länge (L20) von zumindest 5m, insbesondere eine Länge (L20) von zumindest 10m, 15m, 20m oder 50m aufweist.
16. Verwendung einer Ladesteuerung (10) gemäß einem der Sprüche 1 bis 8 zum Laden und/oder Entladen eines Elektro fahrzeugs (80).
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