-
Der
Gegenstand betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden
einer Ladestation mit einem Elektrofahrzeug.
-
Die
Verwendung von Elektrofahrzeugen verspricht eine Lösung
vieler aktueller Probleme des Individualverkehrs: der für
ihren Antrieb benötigte Strom kann auf umweltfreundliche
Weise hergestellt werden, es entstehen keine Abgase am Fahrzeug selbst,
die Lärmbelastung wird reduziert und der Elektroantrieb
selbst ermöglicht prinzipbedingt einen höheren
Wirkungsgrad als ein Motor, welcher auf der Verbrennung fossiler
Brennstoffe beruht.
-
Zum
breiten Masseneinsatz von Elektrofahrzeugen muss aber auch eine
einfache und flächendeckende Möglichkeit der Energieaufladung
geschaffen werden analog zum bekannten Tankstellennetz für
flüssigen Kraftstoff. Hierzu müssen auch Fragen
der Abrechnung eines Entgelts für ein solches Aufladen
beantwortet werden. Augenblicklich ist zwar zumindest flächendeckend
die Infrastruktur für eine Stromversorgung vorhanden, der
Energieverbrauch an einer Steckdose etwa kann aber nicht ohne Weiteres
nach dem jeweiligen Verbraucher aufgeschlüsselt und zeitnah
ermittelt, ggf. begrenzt und auf der Stelle fakturiert werden.
-
Um
von jedermann nutzbare Stromtankstellen, also öffentlich
nutzbare Ladestationen, praktikabel zu machen, müssen diese
aber auch so einfach zu bedienen sein wie Zapfsäulen für
flüssige Kraftstoffe und auch eine analog mögliche
Begrenzung und Abrechnung des Aufladens ermöglichen. Aus Sicht
des Fahrzeugnutzers soll sich also möglichst wenig ändern.
-
Derzeit
bestehen Bestrebungen nach einer Normierung der Kommunikation zwischen
einem Elektrofahrzeug und einer Ladestation. Insbesondere sollen
primäre Ladeparameter, wie Signalisierung einer Ladebereitschaft
durch die Ladestation, Signalisierung einer Ladebereitschaft durch
das Elektrofahrzeug und Signalisierung eines Bemessungswertes der
Stromversorgung durch die Ladestation an das Elektrofahrzeug, normiert
werden. So existiert ein Vorentwurf zur DIN IEC 61851-1,
welcher allgemeine Anforderungen an konduktive Ladesysteme für
Elektrofahrzeuge beschreibt.
-
Elektrofahrzeuge
gemäß dieser Norm können lediglich Informationen über
einen höchsten kontinuierlichen Bemessungsstrom der Ladestation empfangen,
wobei diese Information mittels einer Pulsweitenmodulation (PWM)
des Tastverhältnisses des Signals übertragen wird.
In Reaktion auf ein solches Signal kann das Elektrofahrzeug der
Ladestation mitteilen, dass es für den Empfang des Ladestroms
bereit ist, woraufhin der Ladestrom durch die Ladestation freigeschaltet
wird. Diese Kommunikation zwischen Ladestation und Elektrofahrzeug
erfolgt über einen Pilotleiter, welcher bevorzugt leistungslos ist
und lediglich Informationen übertragen kann.
-
Für
Energieversorgungsunternehmen als auch für Nutzer von Elektrofahrzeugen
ist jedoch nicht nur das einfache Empfangen und Einschalten des
Ladestroms von Bedeutung, sondern es müssen weitere Informationen,
sogenannte ergänzende Ladeparameter, zwischen Fahrzeug
und Ladestation ausgetauscht werden werden, welche eine benutzerbezogene
Abrechnung ermöglichen. Darüber hinaus muss es
möglich sein, unterschiedliche Ladeparameter, wie beispielsweise
unterschiedliche Stromstärken und unterschiedliche Bezugstarife
zwischen Elektrofahrzeug und Ladestation auszuhandeln. Darüber
hinaus sollten Informationen über die Identität des
Elektrofahrzeugs bzw. des Nutzers des Elektrofahrzeugs als auch
Informationen über die Identität der Ladestation
zwischen Ladestation und Elektrofahrzeug austauschbar sein. Der
Austausch dieser Daten ist gemäß des Vorentwurfs
der Norm nicht vorgesehen.
-
Aus
den zuvor hergeleiteten Nachteilen ergibt sich für den
Gegenstand die Aufgabe, eine Kommunikation zwischen Elektrofahrzeugen
und Ladestationen zum Aushandeln von ergänzenden Ladeparametern über
den Energieleiter sicherzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird gegenständlich durch ein Verfahren zum Verbinden
eines Elektrofahrzeugs mit einer Ladestation gelöst, welches
umfasst
- a) Empfangen auf einem mit einer Ladestationen verbundenen
ersten Pilotleiter ein Kommunikationssignal umfassend eine ladestationsseitige Aufforderung
zur Kommunikation von primären Ladeparametern,
- b) Kommunizieren auf einem mit der Ladestation verbundenen Energieleiter
zumindest ein Ladeparametersignal umfassend zumindest Informationen über
ergänzende Ladeparameter,
- c) Bewirken einer Freigabe eines Ladestroms über den
Energieleiter gemäß der nach b) kommunizierten
ergänzenden Ladeparameter.
-
Von
den Energieversorgern wird angestrebt, sogenannte ”intelligente” Ladestationen
mit ”intelligenten” Fahrzeugen zu verbinden. Hierbei
erfolgt eine Kommunikation von ergänzenden Ladeparametern über
den Energieleiter. Problematisch ist dieser Ansatz jedoch dahingehend,
dass Fahrzeuge, die ausschließlich nach Norm arbeiten,
eine solche Kommunikation über den Energieleiter nicht
beherrschen. Dies führt dazu, dass solche Fahrzeuge nicht
an ”intelligente” Ladestationen angeschlossen
werden können, da diese Fahrzeuge das Aushandeln von ergänzenden
Ladeparametern über den Energieleiter nicht beherrschen.
-
Es
ist erkannt worden, dass der Austausch von primären Ladeparametern,
insbesondere der Austausch eines Bemessungswertes der Stromversorgung
von Ladestation zu Elektrofahrzeug, nicht ausreichend ist, um eine
sichere Abrechnung des bezogenen Ladestroms zu ermöglichen.
Insbesondere ist bei diesem Ansatz stets ladestationsseitig durch den
Benutzer zumindest eine Zahlungsinformation anzugeben. Dies ist
aus Gründen des Komforts nicht gewünscht. Vielmehr
soll die Zahlungsinformation im Wesentlichen unabhängig
von Benutzereingaben zwischen Elektrofahrzeug und Basisstation ausgetauscht
werden.
-
Ist
nun ein Elektrofahrzeug nicht dazu hergerichtet, solche ergänzenden
Ladeparameter zu kommunizieren, wird vorgeschlagen, dass zwischen
dem Elektrofahrzeug und der Ladestation eine Einrichtung vorgesehen
ist, welche ladestationsseitig mit dem Energieleiter und dem ersten
Pilotleiter verbunden ist. Fahrzeugseitig ist diese Einrichtung
mit einem zweiten Pilotleiter und einem Energieleiter verbunden.
Mittels der so zwischen Basisstation und Fahrzeug geschalteten Einrichtung
können nach dem Empfangen der primären Ladeparameter
in der Einrichtung durch die Einrichtung auf dem Energieleiter Informationen über
ergänzende Ladeparameter mit der Ladestation ausgetauscht
werden. Das Elektrofahrzeug nimmt an dieser Kommunikation von ergänzenden
Ladeparametern nicht aktiv teil.
-
Das
Elektrofahrzeug kann über einen zweiten Pilotleiter von
der Einrichtung lediglich Informationen darüber erhalten,
dass der Ladestrom gegebenenfalls freigegeben wurde oder zur Freigabe
bereit ist und gegebenenfalls Informationen über den Bemessungswert
der Stromversorgung. Dies kann in Form eines primären Ladeparameters
erfolgen, der auf dem zweiten Pilotleiter zu dem Elektrofahrzeug übermittelt
wird.
-
Die
Einrichtung übernimmt die ”intelligente” Kommunikation,
welche den Austausch von Vertragsparametern und Netzparametern ermöglicht. Vertragsparameter
können beispielsweise vertraglich vereinbarte Stromtarife,
vertraglich vereinbarte Ladungsrestriktionen, z. B. maximal beziehbare
Stromstärken, Benutzeridentifikationen und dergleichen sein.
Insbesondere die Benutzeridentifikation kann durch die zwischengeschaltete
Einrichtung erfolgen. Insbesondere kann diese Einrichtung die Benutzeridentifikation
gespeichert haben oder diese von einem Benutzer abfragen. Dies kann
beispielsweise berührungslos über einen von dem
Benutzer mitgeführten Transponder erfolgen. Darüber
hinaus können Netzparameter, wie beispielsweise momentan maximal
verfügbare Stromstärken, ausgehandelt werden.
Auch können während des gesamten Ladevorgangs
die ergänzenden Ladeparameter angepasst werden, wobei hierbei über
den Energieleiter die ergänzenden Ladeparameter auch während
des Ladevorgangs zwischen Ladestation und Einrichtung kommuniziert
werden können.
-
Darüber
hinaus kann die Einrichtung Informationen über bezogene
Energiemengen, welche von der Ladestation erhalten wurden, mit der
Benutzeridentifikation versehen und zurück an die Ladestation übermitteln
werden. Hierdurch wird eine sichere Abrechnung der bezogenen Energie
gewährleistet, wobei das Elektrofahrzeug selber nicht über diese
Fähigkeiten verfügen muss.
-
Mittels
des gegenständlichen Verfahrens ist es möglich,
Elektrofahrzeuge, die lediglich primäre Ladeparameter austauschen
können, mit Ladestationen zu verbinden, welche ergänzende
Ladeparameter für eine Freigabe eines Ladestroms benötigen.
-
Nachdem
ergänzende Ladeparameter ausgetauscht wurden, kann durch
die Einrichtung die Freigabe des Ladestroms über den Energieleiter
gemäß der kommunizierten ergänzenden
Ladeparameter erfolgen. Zunächst kann jedoch über
einen zweiten Pilotleiter das Fahrzeug darüber informiert
werden, dass Ladestrom zur Verfügung steht. Diese Information
kann normgerecht erfolgen, da das Fahrzeug lediglich Informationen
darüber erhalten muss, dass ein Ladestrom zur Verfügung
steht. Quittiert das Fahrzeug diese Information über den
zweiten Pilotleiter kann die Freigabe erfolgen. Hierzu kann über
den ersten Pilotleiter ein Freigabesignal an die Ladestation übermittelt
werden. Auch ist es möglich, dass unmittelbar über
den Energieleiter das Freigabesignal an die Ladestation übermittelt
wird. Die Ladestation schaltet den Ladestrom frei. Weitere ergänzende
Ladeparameter sind in dem Fahrzeug nicht bekannt und werden nicht
an das Fahrzeug kommuniziert.
-
Bei
dem Elektrofahrzeug kann es sich sowohl um ein Fahrzeug, welches
ausschließlich einen Elektromotor aufweist, als auch um
ein Fahrzeug handeln, welches sowohl einen Elektromotor als auch
einen Verbrennungsmotor, wie etwa einen Ottomotor oder eine andere
Art von Motor aufweist. Die Ladestation kann sowohl eine öffentliche
stationäre Ladestation sein als auch eine Ladestation,
welche nur einem bestimmten Personenkreis zugänglich ist. Bei
der Ladestation kann es sich auch um eine mobile Ladestation handeln.
Die Ladestation kann Strom aus einem Stromnetz beziehen, elektrische
Energie in Akkumulatoren vorhalten oder einen Generator aufweisen,
mit dem elektrische Energie erzeugt werden kann. Die Verbindung
zwischen Ladestation und Elektrofahrzeug kann elektromechanisch
mittels einer Kabelgarnitur hergestellt werden.
-
Der
Pilotleiter und der Energieleiter können gemeinsam in einer
Kabelgarnitur geführt werden. Zumindest eine Kabelgarnitur
kann fest mit der Ladestation oder fest mit dem Elektrofahrzeug
verbunden sein. Die Kabelgarnitur kann eine Vielzahl von einzelnen
Leitern umfassen. Insbesondere kann die Kabelgarnitur einen Leistungsleiter
(Energieleiter) zum Übertragen des Ladestroms und einen
Pilotleiter umfassen. Bei dem Ladestrom kann es sich um Gleichstrom,
um Wechselstrom oder um Drehstrom handeln.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass
auf dem ersten Pilotleiter eine Aufforderung zur seriellen Kommunikation von
Ladeparametern empfangen wird. Diese Aufforderung zur seriellen
Kommunikation von Ladeparametern kann beispielsweise normgerecht
erfolgen. Hierbei kann beispielsweise ein auf eine bestimmte Weise
moduliertes Signal auf dem Pilotleiter angelegt werden.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass
das Kommunikationssignal ein pulsweitenmoduliertes Signal ist. Dies kann
den technischen Effekt haben, dass die Erzeugung der Signale, die Überlagerung
der Signale auf einen Gleichspannungspegel und die Erfassung der Signale
mit einfachen Mitteln zu implementieren ist. Es kann sein, dass
der obere Scheitelwert des pulsweitenmodulierten Signals dem Gleichspannungspegel
auf dem Pilotleiter entspricht. Es kann sein, dass der untere Scheitelwert
des pulsweitenmodulierten Signals einer negativen Spannung entspricht.
Insbesondere kann der untere Scheitelwert des pulsweitenmodulierten
Signals einer negativen Spannung mit dem Betrag des Gleichspannungspegels
auf dem Pilotleiter entsprechen.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass
in dem Tastverhältnis des Kommunikationssignals die Aufforderung
zur Kommunikation codiert ist. Dies kann eine Aufforderung zur seriellen
Kommunikation sein. Insbesondere kann das Kommunikationssignal ein
Tastverhältnis von 90 Prozent aufweisen. Beim Empfang eines
entsprechenden PWM Signals kann in der zwischen Elektrofahrzeug
und Fahrzeug angeordneten Einrichtung eine Kommunikation von ergänzenden
Ladeparametern über den Energieleiter ausgelöst
werden. Dieses normgerechte Signal kann beispielsweise das Generieren
eines ersten vorbestimmten Gleichspannungspegels auf dem Pilotleiter
sein.
-
Das
Generieren eines ersten vorbestimmten Gleichspannungspegels auf
einem Pilotleiter kann durch Anlegen eines vorbestimmten Gleichspannungspegels
auf der Seite der Ladestation an den Pilotleiter erfolgen. Hierbei
ist der Gleichspannungspegel diejenige Gleichspannung, welche sich
nach Abzug etwaig auf dem Pilotleiter überlagerter und
zeitlich variabler Signalspannungen ergibt.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird auch vorgeschlagen,
dass das Kommunikationssignal einen ersten Gleichspannungspegel aufweist
und dass in Reaktion auf das Kommunikationssignal ein zweiter Gleichspannungspegel
auf dem Pilotleiter bewirkt wird. Beispielsweise ist es möglich,
dass in der zwischen Ladestation und Elektrofahrzeug angeordneten
Einrichtung in Reaktion auf den Empfang des Kommunikationssignals
dieses normkonform verändert wird, derart, dass der Ladestation
gegenüber der Anschluss eines normkonformen Fahrzeugs simuliert
wird. Dies kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn das
Elektrofahrzeug zusammen mit der Einrichtung an eine lediglich normkonforme
Ladestation angeschlossen wird. Dann muss die Einrichtung normkonform
reagieren. Dies kann beispielsweise darin liegen, dass der Gleichspannungspegel
des Kommunikationssignals durch die Einrichtung abgesenkt wird,
derart, dass das Absenken in der Ladestation detektierbar wird.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass
die Schritte a)–c) durch eine räumlich von der
Ladestation und dem Elektrofahrzeug getrennte Kommunikationseinheit durchgeführt
werden. Wie zuvor erläutert, kann zwischen einer Ladestation
und einem Elektrofahrzeug eine Einrichtung vorgesehen sein, welche
als Kommunikationseinheit gebildet ist. Diese Einrichtung kann mit
einem ersten Kabel an eine Ladestation verbunden werden und mit
einem zweiten Kabel an ein Elektrofahrzeug. Mittels der Kommunikationseinheit ist
es möglich, auf eingangsseitig dem Pilotleiter zunächst
eine Aufforderung zur Kommunikation von primären Ladeparametern
zu empfangen, um anschließend auf dem Energieleiter die
ergänzenden Ladeparameter mit der Ladestation auszuhandeln.
-
Gegenüber
dem Elektrofahrzeug kann die Kommunikationseinheit die Funktionalität
der Ladestation widerspiegeln. Das bedeutet, dass ausgangsseitig
in Richtung des Elektrofahrzeugs in der Kommunikationseinheit die
der Kommunikationseinheit der Ladestation nachgebildete Kommunikationsmittel
angeordnet sind, welche normgerecht und/oder identisch zu der Kommunikation
von Ladesäule zur Kommunikationseinheit über den
ersten Pilotleiter eine Kommunikation von Kommunikationseinheit
zu Elektrofahrzeug über den zweiten Pilotleiter nachbilden.
Gegenüber dem Elektrofahrzeug erscheint die Kommunikationseinheit
somit als ob sie eine Ladestation wäre. Das Elektrofahrzeug
muss sich lediglich normgerecht gegenüber der Kommunikationseinheit
verhalten. Das Aushandeln von ergänzenden Ladeparametern
erfolgt mittels der Kommunikationseinheit über den Energieleiter.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass
bei einem erfolgreichen Kommunizieren von Informationen über
Ladeparameter nach Schritt b) der Schritt c) eingeleitet wird. Es
ist erkannt worden, dass nach dem Empfang einer Aufforderung zur
Kommunikation auf dem Pilotleiter über den Energieleiter
ergänzende Ladeparameter kommuniziert werden können.
In dem Schritt b) wird somit über den Energieleiter eine
Mehrzahl von ergänzenden Ladeparametern mit der Ladestation
ausgetauscht. Diese Ladeparameter können beispielsweise
Vertragsparameter als auch Netzparameter sein und beispielsweise über
die Laufzeit der Ladedauer veränderlich sein. Ist die Kommunikation der
ergänzenden Ladeparameter erfolgreich verlaufen, so kann
eine Freigabe des Ladestroms erfolgen. Diese Freigabe kann beispielsweise über
den ersten Pilotleiter und/oder den Energieleiter in Richtung der Ladestation
erfolgen.
-
Durch
das Elektrofahrzeug kann die Freigabe des Ladestroms über
den zweiten Pilotleiter erfolgen. Dies kann nach dem Aushandeln
der ergänzenden Ladeparametern und vor der Freigabe über
den ersten Pilotleiter und/oder den Energieleiter in Richtung der
Ladestation erfolgen. Das Elektrofahrzeug empfängt über
den Energieleiter den Ladestrom, ohne ergänzende Ladeparameter
mit der Ladestation ausgetauscht zu haben.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird auch vorgeschlagen,
dass bei einem erfolglosen Kommunizieren von Informationen über
Ladeparameter nach Schritt b) alternativ zu Schritt c) auf einem
mit dem Elektrofahrzeug verbundenen zweiten Pilotleiter ein Ladesignal
umfassend zumindest einen Bemessungswert für eine Stromversorgung
ausgesendet wird. Es ist erkannt worden, dass bei einem Anschluss
der Kommunikationseinheit zwischen Ladesäule und Elektrofahrzeug
nicht immer eine Kommunikation von ergänzenden Ladeparametern
möglich ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn
die Ladesäule eine ”herkömmliche” Ladesäule ist,
welche lediglich normgerecht kommuniziert. Eine solche normgerechte
Kommunikation bewirkt, dass auf dem ersten Pilotleiter entweder
eine Aufforderung zur seriellen Kommunikation oder ein Bemessungswert
für eine Stromversorgung mittels eines modulierten, vorzugsweise
pulsweitenmodulierten Signals empfangen wird. Die Kommunikationseinheit
kann zunächst versuchen, über den Energieleiter
die ergänzenden Ladeparameter mit der Ladestation auszutauschen.
Falls die Ladestation diese Funktionalität nicht unterstützt,
schlägt diese Kommunikation fehl. In diesem Fall kann die
Kommunikationseinheit darauf schließen, dass die angeschlossene
Ladestation lediglich herkömmlich ist. Gegenüber
dem Elektrofahrzeug kann die Kommunikationseinheit dann über
den zweiten, mit dem Elektrofahrzeug verbundenen Pilotleiter in
herkömmlicher Weise einen Bemessungswert für eine
Stromversorgung kommunizieren. Dies kann ebenfalls über
ein moduliertes, vorzugsweise pulsweitenmoduliertes Signal erfolgen. Bei
dieser Ausgestaltung verhält sich die Ladesäule gegenüber
der Kommunikationseinheit normgerecht. Darüber hinaus verhält
sich die Kommunikationseinheit gegenüber dem Fahrzeug ebenfalls
normgerecht und spiegelt im Wesentlichen die Funktionalität
der Ladesäule gegenüber dem Elektrofahrzeug. Das heißt,
dass die Kommunikationseinheit dem Elektrofahrzeug signalisiert,
dass ein Laden mit den gemäß des Bemessungswertes
für eine Stromversorgung bestimmten Strömen möglich
ist. Die Kommunikationseinheit agiert in der Art eines ”Tunnels” zwischen der
Ladestation und dem Elektrofahrzeug, ohne dass ergänzende
Ladeparameter auf dem Energieleiter mit der Ladestation ausgetauscht
werden müssen.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird auch vorgeschlagen,
dass bei einem Empfangen eines Ladesignals umfassend einen Bemessungswert
für eine Stromversorgung auf dem ersten Pilotleiter ein
entsprechendes Ladesignal auf einem zweiten Pilotleiter ausgesandt
wird. Beispielsweise ist es möglich, dass die Ladestation
eine herkömmliche Ladestation ist, welche keine Aufforderung
zur seriellen Kommunikation über den ersten Pilotleiter an
die Kommunikationseinheit übermittelt, sondern lediglich
einen Bemessungswert für eine Stromversorgung. Diese Übermittlung
des Ladesignals kann normgerecht sein. In diesem Fall kann die Kommunikationseinheit
schließen, dass die Ladestation keine ergänzenden
Ladeparameter austauschen kann. Dies führt dazu, dass im
zweiten Pilotleiter ein Ladesignal ausgesandt wird, welches dem
auf dem ersten Pilotleiter empfangenen Ladesignal entspricht.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird auch vorgeschlagen,
dass das Ladeparametersignal mittels eines Power-Line-Communication
(PLC) Moduls auf dem Energieleiter moduliert wird. Die Kommunikationseinheit
kann beispielsweise ein PLC Modem derart ansteuern, dass dieses
auf den Energieleiter das Ladeparametersignal, umfassend zumindest
die ergänzenden Ladeparameter, moduliert. Mittels der Kommunikationseinheit
ist es möglich, über den Energieleiter und das
PLC Modem mit der Ladestation zu kommunizieren. Hiermit ist der Austausch
von ergänzenden Ladeparametern über den Energieleiter
möglich, ohne dass das Elektrofahrzeug Kenntnis von den
ergänzenden Ladeparametern hat.
-
Ein
weiterer Gegenstand ist eine Vorrichtung umfassend Empfangsmittel
eingerichtet zum Empfangen eines Kommunikationssignals umfassend eine
ladestationsseitige Aufforderung zur Kommunikation von primären
Ladeparametern über einen ersten Pilotleiter, Kommunikationsmittel
eingerichtet zum Kommunizieren zumindest eines Ladeparametersignals
umfassend zumindest Informationen über ergänzende
Ladeparameter auf einem mit einer Ladestation elektrisch verbundenen
Energieleiter, derart, dass eine Freigabe eines Ladestroms über
den Energieleiter gemäß der kommunizierten Ladeparameter
bewirkbar ist.
-
Ein
Freigabesignal zur Freigabe des Ladestroms, welcher über
den Energieleiter fließt, kann dabei von der Vorrichtung,
welche die Kommunikationseinheit sein kann, an die Ladestation übermittelt werden.
-
Die
Vorrichtung kann eine sogenannte ”ID-Box” sein,
welche als Kommunikationseinheit zwischen die Ladestation und das
Elektrofahrzeug geschaltet ist. Die Vorrichtung kann auch in ein
bestehendes Fahrzeug nachgerüstet werden. Hierbei kann
die Vorrichtung in einem Bauraum im Fahrzeug angeordnet werden.
Auch kann die Vorrichtung als Zwischenstecker auf die Ladebuchse
im Fahrzeug aufgesteckt werden und gegenüber den dem Ladekabel
als Buchse des Fahrzeugs agieren. Auf der Ladestationsseite kann
ein erstes Kabel in die Vorrichtung eingesteckt sein, welches den
Energieleiter und den Pilotleiter umfasst. Auf der Elektrofahrzeugseite kann
ein zweites Kabel eingesteckt sein, welches ebenfalls einen Energieleiter
und einen zweiten Pilotleiter umfasst. Der Energieleiter kann in
der Vorrichtung von dem ladestationsseitigen Eingang zu dem fahrzeugseitigen
Eingang kurzgeschlossen werden. Über Abgriffe können
Ladeparametersignale über ergänzende Ladeparameter
auf den Energieleiter aufmoduliert werden und von dem Energieleiter
abgegriffen werden. Hierüber ist eine Kommunikation der Ladeparametersignale
mit der Ladestation möglich.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass
die Empfangsmittel mit dem ersten Pilotleiter verbindbar sind. Dies
kann beispielsweise über einen Steckkontakt erfolgen. Beispielsweise
ein genormter, mehrpoliger, beispielsweise siebenpoliger oder sechspoliger,
Stecker kann eine erste Kabelgarnitur aufnehmen und in die Vorrichtung
eingesteckt werden. Dieser Stecker kann beispielsweise drei Phasen
eines Drehstromnetzes (L1, L2, L3), einen Nullleiter (N) und einen
Erdleiter (PE) enthalten. Darüber hinaus kann ein Pilotleiter und
ein weiterer Erdleiter vorgesehen sein.
-
In
der Vorrichtung können gemäß einem vorteilhaften
Ausführungsbeispiel auch Sendemittel vorgesehen sein. Die
Sendemittel können beispielsweise fahrzeugseitig mit einem
zweiten mit einem Elektrofahrzeug verbindbaren zweiten Pilotleiter
verbindbar sein. Beispielsweise ist es möglich, dass ein zweiter
Steckkontakt vorgesehen ist, über den der zweite Pilotleiter
kontaktierbar ist. Somit können die Sendemittel mit dem
Fahrzeug über eine zweite Kabelgarnitur verbunden werden.
In der zweiten Kabelgarnitur können ebenfalls mehrere,
zum Beispiel sechs oder sieben, Adern vorgesehen sein. Dabei können
Energieleiter (L1, L2, L3, N, PE), wie zuvor erläutert,
neben einem zweiten Pilotleiter und einer zweiten Erdleitung vorgesehen
sein.
-
Die
Sendemittel in der Vorrichtung können den in der Ladestation
vorgesehenen Sendemitteln nachgebildet sein. Das bedeutet, dass
die Sendemittel in der Vorrichtung sich entsprechend den in einer Ladesäule
angeordneten, normgerecht arbeitenden Sendemitteln gebildet sein
können. Das heißt, dass die Sendemittel in Richtung
des Elektrofahrzeugs normgerechte Kommunikationssignale aussenden können,
welche beispielsweise Bemessungswerte für eine Stromversorgung
enthalten können. Die mit den Sendemitteln ausgesendeten
Signale können moduliert, vorzugsweise pulsweitenmoduliert
sein. Die mit den Sendemitteln ausgesendeten Signale können
beispielsweise gegenüber dem Fahrzeug indizieren, dass
eine Infrastruktur zur Energielieferung bereit ist. In Reaktion
auf ein solches Signal kann fahrzeugseitig ein Schalter umgelegt
werden, welcher den Sendemitteln anzeigt, dass das Fahrzeug zur
Energieaufnahme bereit ist. Nach Empfang dieses Signals, dass das
Fahrzeug zur Energieaufnahme bereit ist, kann mittels der Vorrichtung
entweder über den ersten Pilotleiter oder über
den Energieleiter der Ladestation die Freigabe des Ladestroms übermittelt
werden, woraufhin die Ladestation über den Energieleiter
den Ladestrom freigibt.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird auch vorgeschlagen,
dass Steuermittel die Kommunikationsmittel zum Modulieren von Signalen auf
den Energieleiter ansteuern. Die Steuermittel können beispielsweise
in der Vorrichtung vorgesehen sein. Außerdem ist es mittels
der Steuermittel möglich, die Empfangsmittel zu steuern
und die auf den Empfangsmitteln empfangenen Signale auszuwerten.
Darüber hinaus ist es mit den Steuermitteln möglich,
die Sendemittel anzusteuern und die auf den Sendemitteln empfangenen
Signale auszuwerten. Auch ist es möglich, mittels der Steuermittel
die Empfangsmittel derart anzusteuern, dass diese über den
ersten Pilotleiter ein Signal an die Ladestation übermitteln.
Darüber hinaus können die Steuermittel die Sendemittel
derart ansteuern, dass über den zweiten Pilotleiter Signale
an das Elektrofahrzeug übermittelt werden.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird auch vorgeschlagen,
dass Kommunikationsmittel und die Empfangsmittel in einem von der Ladestation
und dem Elektrofahrzeug getrennten Gehäuse angeordnet sind.
Dieses getrennte Gehäuse kann beispielsweise mit zwei Aufnahmen
ausgestaltet sein, wobei ein erster Steckkontakt und ein zweiter
Steckkontakt vorgesehen sind. Der erste Steckkontakt kann beispielsweise
ladesäulenseitig sein und mit einer Ladesäule
verbindbar sein und der zweite Steckkontakt kann fahrzeugseitig
mit einem Fahrzeug verbindbar sein. Die Steckkontakte können jeweils
Energieleiter aufnehmen. In dem Gehäuse kann der Energieleiter
zwischen den Steckkontakten durchgeschleift sein. Das Gehäuse
kann als Nachrüstsatz in ein Fahrzeug eingebaut sein. Das
Gehäuse kann an die Buchsennische der Ladebuchse des Fahrzeugs
angepasst und dort verbaut werden.
-
Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird auch vorgeschlagen,
dass der Energieleiter ein Teil eines Ein- oder Mehrphasenleiters
ist, wobei der Energieleiter zur Übertragung von Energie zwischen
der Ladestation und dem Elektrofahrzeug gebildet ist. Das Laden
von Elektrofahrzeugen bzw. der dort angeordneten Batterien erfolgt
entweder über ein Einphasennetz oder über ein
Mehrphasennetz. Bevorzugt ist ein Dreiphasenwechselstromnetz.
-
In
einer ersten Kabelgarnitur kann gemäß einem vorteilhaften
Ausführungsbeispiel der erste Pilotleiter und ein Energieleiter
angeordnet sein.
-
In
einer zweiten Kabelgarnitur kann beispielsweise ein zweiter Pilotleiter
und ein Energieleiter angeordnet sein. Die Energieleiter in der
ersten und der zweiten Kabelgarnitur können miteinander
in dem Gehäuse kurzgeschlossen sein.
-
Nachfolgend
wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 schematisch
einen Anschluss eines Elektrofahrzeugs an eine Ladestation gemäß des Standes
der Technik;
-
2 schematisch
einen Anschluss eines Elektrofahrzeugs an eine Ladestation mit einer
zwischengeschalteten Kommunikationseinheit;
-
3 schematisch
ein Blockschaltbild für den Anschluss eines Elektrofahrzeugs
an eine Ladestation gemäß des Standes der Technik;
-
4 ein
Blockschaltbild für den Anschluss eines Elektrofahrzeugs
an eine Ladestation mit einer zwischengeschalteten Kommunikationseinheit.
-
1 zeigt
eine Ladestation 2 mit einem elektrischen Anschluss 2a.
An den elektrischen Anschluss 2a der Ladestation 2 kann
ein Kabel 6 mit einem Stecker angeschlossen werden. Das
Kabel 6 ist auf der anderen Seite an einen elektrischen
Anschluss (Ladebuchse) 8 eines Elektrofahrzeugs 4 anschließbar. Über
das Kabel 6 kann von der Ladestation 2 elektrische
Energie an das Elektrofahrzeug 4 übertragen werden,
wodurch ein Energiespeicher 10 im Elektrofahrzeug 4 aufgeladen
werden kann.
-
In
der in 1 aufgezeigten Variante ist der Austausch von
primären Ladeparametern über das Kabel 6,
insbesondere einen Pilotleiter in dem Kabel 6, möglich.
Hierzu muss sowohl das Elektrofahrzeug 4 als auch die Ladestation 2 normgerecht
arbeiten. Der Austausch von primären Ladeparametern kann zum
einen eine Aufforderung zur seriellen Kommunikation und zum anderen
eine Übertragung von Bemessungswerten für eine
Stromversorgung sein.
-
Die
für den Austausch von primären Ladeparametern
notwendigen Komponenten in der Ladestation 2 als auch im
Elektrofahrzeug 4 sind in der 3 dargestellt.
-
3 zeigt
schematisch eine Ladelektronik 16 in der Ladestation 2.
Die Ladeelektronik 16 weist eine Oszillator-Spannungsquelle 16a,
einen Ladewiderstand 16b und ein Spannungsmessgerät 16c auf. Auf
der Seite des Elektrofahrzeugs 4 des Kabels 6 ist eine
Fahrzeugelektronik 18 vorgesehen, welche eine Diode 18a,
ein erstes Widerstandselement 18b, ein zweites Widerstandselement 18c,
einen Schalter 18d und ein Messgerät 18e aufweist.
-
Ferner
ist zu erkennen, dass das Kabel 6 einen mehradrigen Energieleiter 6a,
vorliegend aus drei Phasen L1, L2, L3, einem Nullleiter N und einem Erdleiter
PE gebildet, aufweist. Ferner weist das Kabel 6 einen Pilotleiter 6b und
einen weiteren Erdleiter 6e auf.
-
Zur
normgerechten Kommunikation zwischen Ladestation 2 und
Elektrofahrzeug 4 übermittelt die Ladeelektronik 16 mittels
der Oszillatorspannungsquelle 16a ein pulsweitenmoduliertes
Signal, beispielsweise bei einer Frequenz von 1 kHz und einer Amplitude
von +/–12 V über den Ladewiderstand 16b.
Beispielsweise ist es möglich, dass mittels des Kommunikationssignals über
den Pilotleiter 6b ein pulsweitenmoduliertes Kommunikationssignal
mit einem Tastverhältnis von 90% plus minus 2% übertragen
wird. Ein solches Signal signalisiert dem Elektrofahrzeug 4 die
Anwesenheit eines Ladegerätes und erfordert eine serielle
Datenübertragung vor Beginn des Ladeprozesses. Auch ist
es möglich, dass ein Bemessungsstrom der Ladestation bzw.
Information darüber mittels eines weiteren Kommunikationssignals
von der Ladestation 2 an das Elektrofahrzeug 4 übermittelt
werden. Hierzu kann beispielsweise ein Tastverhältnis von
5% bis 80% plus minus 2% verwendet werden, welches über
den Pilotleiter 6b übertragen wird.
-
In
dem Elektrofahrzeug 4 wird über die Diode 18a und
das Widerstandselement 18b mittels des Messgerätes 18e dieses
Kommunikationssignal erfasst. Stellt das Elektrofahrzeug 4 die
Anwesenheit des Kommunikationssignal fest, insbesondere Information über
den Bemessungsstrom, legt die Fahrzeugelektronik 18 den
Schalter 18d um, so dass Teile des Stroms über
das Widerstandselement 18c fließen. Der hierdurch
auftretende Spannungsabfall wird auf den Pilotleiter 6b mittels
des ladestationsseitigen Spannungsmessgeräts 16c detektiert.
Hieraufhin kann ladestationsseitig über den Energieleiter 6a ein Ladestrom
freigegeben werden.
-
Problematisch
bei der in 3 dargestellten Anordnung ist
jedoch, dass lediglich primäre Ladungsparameter, insbesondere
ein Bemessungswert der Stromversorgung von der Ladestation zu dem Elektrofahrzeug 4 übertragen
werden kann. Ergänzende, darüber hinausgehende
Ladeparameter können nicht übertragen werden.
-
Um
ein Elektrofahrzeug 4, welches eine Fahrzeugelektronik 18 aufweist,
wie sie in 3 dargestellt ist, mit einer
modernen Ladestation 2' zu verbinden, welche neben den
primären Ladeparametern auch ergänzende Ladeparameter
austauschen kann, ist eine Anordnung gemäß 2 vorgeschlagen.
-
In
der 2 ist eine Ladestation 2' dargestellt,
welche neben den primären Ladeparametern auch ergänzende
Ladeparameter über das Kabel 6' übertragen
kann. Falls das Elektrofahrzeug 4 solche ergänzenden
Ladeparameter nicht unterstützt, wird vorgeschlagen, eine
Kommunikationseinheit 12 zwischen Elektrofahrzeug 4 und
Ladestation 2' zu schalten. Hierzu wird ein erstes Kabel 6' zwischen
Ladestation 2' und Kommunikationseinheit 12 geschaltet,
welches mittels eines ersten Steckers 14a in die Kommunikationseinheit 12 einsteckbar
ist. Ein zweites Kabel 6'' wird von der Kommunikationseinheit 12 mit
dem Fahrzeug 4 verbunden. Hierzu weist das zweite Kabel 6'' einen
zweiten Stecker 14b auf. Die Funktionsweise der Kommunikationseinheit 12 ist nachfolgend
in Verbindung mit der 4 dargestellt.
-
4 zeigt
die Kommunikationseinheit 12 zwischen Ladestation 2' und
Elektrofahrzeug 4.
-
Das
Elektrofahrzeug 4 weist eine Fahrzeugelektronik 18 auf,
welche wie in 3 beschrieben funktioniert.
-
Ladestationsseitig
ist neben der Ladeelektronik 16 eine Steuereinrichtung 18 vorgesehen,
welche zum einen die Ladeelektronik 16 mit einem Schaltelement 22 und
zum anderen mit einem PLC Modem 24 verbindet. Die Steuereinrichtung 20 steuert
das Schaltelement 22 derart, dass eine Stromversorgung auf
dem Energieleiter 6a freigegeben oder unterbrochen werden
kann.
-
Die
Steuereinrichtung 20 steuert das PLC-Modem 24 zum
Empfangen und Aussenden von ergänzenden Ladeparametern über
den Energieleiter 6a.
-
In
der 4 ist dargestellt, dass das PLC-Modem 24 zum
einen mit dem Phasenleiter L1 des Energieleiters 6a und
zum anderen am Nullleiter N des Energieleiters 6a gekoppelt
ist. Die Kopplung kann galvanisch getrennt sein.
-
Die
Verbindung von Ladestation 2' mit der Kommunikationseinheit 12 über
das Kabel 6' ist in 4 strichpunktiert
dargestellt. Die Verbindung von Kommunikationseinheit 12 mit
Elektrofahrzeug 4 über das Kabel 6'' ist
in 4 ebenfalls strichpunktiert dargestellt.
-
In
der Kommunikationseinheit 12 ist eine Empfangselektronik 26 vorgesehen,
welche entsprechend der Fahrzeugelektronik 18 ausgestaltet
ist und auch entsprechend arbeitet. Die Elemente 26a–e können
den Elementen 18a–e entsprechen. Ferner ist eine
Sendeelektronik 28 in der Kommunikationseinheit 12 vorgesehen.
Die Sendelektronik 28 ist über das Kabel 6'' mit
dem Elektrofahrzeug 4 verbunden. Die Sendeelektronik 28 funktioniert
entsprechend der Ladelektronik 16. Die Elemente 28a–c
können den Elementen 16a–c entsprechen.
Ferner ist ein Controller 30 in der Kommunikationseinheit 12 vorgesehen.
Der Controller 30 steuert die Empfangselektronik 26 und
die Sendeelektronik 30 und wertet die dort empfangenen
Signale aus und bewirkt ein Senden von Daten über die Empfangselektronik 26 und
die Sendeelektronik 30. Ferner steuert der Contorller 30 ein
PLC-Modem 32. Das PLC-Modem 32 ist mit dem Phasenleiter
L1 des Kabels 6' und dem Nullleiter N des Kabels 6' verbunden
und kann hierüber ergänzende Ladeparameter aussenden
und empfangen.
-
Zu
Beginn eines Ladevorgangs wird der Stecker 14a in die Kommunikationseinheit 12 gesteckt und
der Stecker 14b ebenfalls in die Kommunikationseinheit 12.
Der Stecker 14a verbindet das Kabel 6' mit der
Empfangselektronik 26. Ladestationsseitig wird das Kabel 6' mit
der Ladeelektronik 16 verbunden.
-
Das
Kabel 6'' wird mit dem Stecker 14b mit der Sendelektronik 28 verbunden.
Fahrzeugseitig ist das Kabel 6'' mit der Fahrzeugelektronik 18 verbunden.
-
Zu
Beginn eines Ladevorgangs wird mittels der Steuereinrichtung 20 über
die Ladeelektronik 16 mittels eines pulsweitenmodulierten
Signals eine Aufforderung zur seriellen Kommunikation und somit zum
Austausch von primären Ladeparametern über das
Kabel 6' an die Empfangselektronik 26 übermittelt.
Die Empfangselektronik 26 übermittelt diese Information
an den Controller 30.
-
Beim
Empfang dieser Information steuert der Controller 30 das
PLC-Modem 32 an, ergänzende Ladeparameter mit
der Ladestation 2' auszutauschen. Hierzu moduliert das
PLC-Modem 32 Signale auf den Energieleiter 6a,
welche über das Kabel 6' an die Ladestation 2' und
somit das PLC-Modem 24 übertragen werden. Dort
werden die entsprechenden Signale ausgekoppelt. Gesteuert von Steuereinrichtung 20 und
dem Controller 30 tauschen die PLC-Modems 24, 32 ergänzende
Ladeparameter aus. Diese ergänzenden Ladeparameter können
beispielsweise Benutzeridentifikationen sein. Eine Benutzeridentifikation
kann beispielsweise in dem Controller 30 gespeichert werden.
-
Auch
ist es möglich, dass die Benutzeridentifikation durch den
Controller 30 berührungslos bei einem Benutzer
abgefragt wird. Mittels der übermittelten Benutzeridentifikation
ist es möglich, dass das PLC-Modem 24 in der Ladestation 2' verschiedene Stromtarife
anbietet. Diese Stromtarife können vertragsabhängig
sein, wobei der Vertrag anhand der Benutzeridentifikation ermittelt
werden kann. Ferner können Informationen über
Laderestriktionen ausgetauscht werden. Darüber hinaus können
Zahlungsinformationen und weitere Ladeinformationen ausgetauscht
werden.
-
Nachdem
die PLC-Modems 24, 32 bzw. die Steuereinrichtung 20 und
der Controller 30 die ergänzenden Ladeparameter
ausgehandelt haben, steuert der Controller 30 die Sendeelektronik 28 an,
dem Fahrzeug 4 über das Kabel 6'' Informationen über den
Bemessungswert der Stromversorgung mitzuteilen, dies kann über
den zweiten Pilotleiter 6c' erfolgen. Dieser Bemessungswert
kann den ergänzenden Ladeparametern entnommen werden. Das
Fahrzeug 4 signalisiert die Bereitschaft zum Empfang von
Ladestrom durch das Schließen des Schalters 18d, ebenfalls
beispielsweise über den zweiten Pilotleiter 6c''.
Diese Bereitschaft wird in der Sendeelektronik 28 mittels
des Spannungsmessgerätes 28c detektiert und dem
Controller 30 mitgeteilt. Hieraufhin wird der Controller 30 entweder
mittels des PLC-Modems 32 oder über den Pilotleiter 6b' des
Kabels 6' eine Stromfreigabe bei der Ladestation anfordern.
Diese Stromfreigabe wird mittels der Steuereinrichtung 20 empfangen
und die Steuereinrichtung 20 schaltet das Schaltelement 22d derart,
dass der Energieleiter 6a über das Kabel 6' und
das Kabel 6'' Energie an das Elektrofahrzeug 4 überträgt.
-
Für
den Fall, dass die Kommunikationseinheit 12 an eine herkömmliche
Ladestation 2 angeschlossen wird, empfängt die
Empfangselektronik 26 ein pulsweitmoduliertes Signal von
der Ladestation 2, welches Informationen zum Bemessungswert
der Stromversorgung enthält, über den ersten Pilotleiter 6b.
Der Controller 30 stellt den Empfang eines solchen Signals
fest und versucht zunächst über das PLC-Modem 32 den
Austausch von ergänzenden Ladeparametern zu initiieren.
Erfolgt keine Rückmeldung hierauf durch die Ladestation 2 auf
dem Kabel 6, schließt der Controller 30 daraus,
dass die Ladestation 2 ergänzende Ladeparameter
nicht austauschen kann.
-
Daraufhin
fordert der Controller 30 die Sendeelektronik 28 auf,
dem Fahrzeug 4 über das Kabel 6'' die
Bereitschaft zur Stromlieferung anzuzeigen, z. B. über
den zweiten Pilotleiter 6c''. Über die Sendeelektronik 28 wird
ein Signal an das Fahrzeug 4 übermittelt, welches
dem Signal entspricht, welches zuvor in der Empfangselektronik 26 von
der Ladestation 2 empfangen wurde. Das Fahrzeug 4 signalisiert
durch Schließen des Schalters 18d die Bereitschaft
zum Empfangen von Ladestrom über den zweiten Pilotleiter 6c''.
Dies detektiert die Sendeelektronik 28 und daraufhin der
Controller 30. Der Controller 30 weist daraufhin
die Empfangselektronik 26 an, den Schalter 26d zu
schließen, um der Ladestation 2 über
den ersten Pilotleiter 6b' die Bereitschaft zum Stromempfang
mitzuteilen. Anschließend wird über das Schaltelement 23 der
Ladestrom freigegeben.
-
Es
sei erwähnt, das zu Beginn und während eines Ladevorgangs
als auch zum Ende eines Ladevorgangs Informationen über
den Ladestatus mittels der PLC-Modems 24, 32 ausgetauscht
werden können. Auch kann zum Ende eines Ladevorgangs mittels
der PLC-Modems 24, 32 die bezogene Energiemenge
an die Kommunikationseinheit 12 übermittelt werden.
In der Kommunikationseinheit 12 kann die so bezogene Energiemenge
bestätigt werden und diese Bestätigung kann über
das PLC-Modem 32 an die Ladestation 2' übertragen
werden.
-
Mittels
der gegenständlichen Kommunikationseinheit ist es möglich,
ergänzende Ladeparameter mit einer Ladestation auszutauschen
ohne dass das Elektrofahrzeug hierfür eingerichtet ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-