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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Ladesystem zum Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
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Energieschnittstellen zum übertragen von elektrischer Energie von einer stationären Ladeeinrichtung auf ein Elektrofahrzeug, beispielsweise ein ausschließlich aus einem Batteriespeicher betriebenes Kraftfahrzeug (BEV, battery electric vehicle) oder ein als Plug-in-Hybrid bezeichnetes Hybridfahrzeug für dualen Ladebetrieb sowohl über einen Verbrennungsmotor als auch am Stromnetz (PHEV, Plug-in hybrid electric vehicle) ist sowohl auf der Basis von Gleichstromübertragung (DC) als auch auf der Basis von Wechselstromübertragung (AC) bekannt, wozu insbesondere auch die mehrphasige Wechselstromübertragung (Drehstrom) gezählt wird.
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Für die unterschiedlichen Arten der Energieübertragung wurden hierfür spezielle Steckersysteme entwickelt, welche teilweise in Normen, beispielsweise der
IEC 62196 oder der
SAEJ 1772 standardisiert sind. Beispielsweise ist ein DC-Ladestecker von Elektrofahrzeugen (PHEV/BEV) im DC-Ladebetrieb zu verriegeln, um das Ausstecken unter Last zu verhindern. Ist die mechanische Ladestecker-Verriegelung aufgrund eines infrastrukturseitigen Defekts nicht mehr funktionsfähig, kann der Ladebetrieb unter Umständen gestartet und der Ladestecker unter Last gezogen werden. Der in Abhängigkeit von dem Ladestrom entstehende Lichtbogen (Plasmabildung) führt zum Verdampfen von leitendem Material der Steckkontakte. Dieser Vorgang bewirkt Ablagerungen auf den Kontaktflächen beziehungsweise Übergangswiderstände, durch welche die elektrische Lebensdauer der Ladedosenkontakte begrenzt wird und letztendlich zur irreversiblen Beschädigung der Ladedose (als Ladebuchse ausgebildet) und unter Umständen des Ladesteckers führt. In diesem Zusammenhang ist aus der
DE 10 2011 011 099 A1 eine Überwachung einer Ladekabelverriegelungsvorrichtung für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge bekannt mit einer fahrzeugseitigen Aufnahme zur Aufnahme eines Steckers eines mit einer Ladestation verbindbaren Ladekabels und einer an der Aufnahme angeordneten Verriegelungseinrichtung zum Verriegeln und Freigeben des Steckers in der Aufnahme. Die Verriegelungseinrichtung umfasst ein Verriegelungselement zum Verriegeln des Steckers in der Aufnahme, ein Erkennungselement zum Erkennen der Verriegelung des Steckers in der Aufnahme, und ein mit dem Erkennungselement derart gekoppelte elektrisches Schaltelement, das das elektrische Schaltelement in Abhängigkeit von einem mittels des Erkennungselementes erkannten Verriegelungszustand schaltbar ist.
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Für den einphasigen Ladebetrieb an einem Wechselstromnetz ist ein sogenannter Typ 1-AC-Ladestecker gemäß der IEC 62196-2 bekannt, welche die Spezifikation aus der SAEJ 1772/2009 übernimmt. Dieser Typ 1-AC-Ladestecker muss im AC-Ladebetrieb nicht durch die Ladedose verriegelt werden. Der Ladestecker selbst besitzt eine Schließzunge, über die ein eingebauter Schaltkontakt, der sogenannte S3-Schalter, betätigt wird. Um ein Abziehen unter elektrischer Last zu verhindern, gibt die Norm SAEJ 1772 vor, dass mit Zustandswechsel des S3-Schalters ein kontrolliertes Beenden der Ladeleistung zu erfolgen hat, um das Abziehen unter Last zu vermeiden. Allerdings kann eine Trennung von Ladestecker und Ladedose unter Last nur so lange verhindert werden, wie sich die entsprechenden Komponenten in einem funktionstüchtigen Zustand befinden. Wird aufgrund eines infrastrukturseitigen Defekts ein Trennen der Ladesteckverbindung unter Last ermöglicht, kann dies zu Schäden an der elektrischen Kontaktierung von Ladestecker und/oder Ladebuchse führen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie ein Ladesystem bereitzustellen, welche die Verfügbarkeit eines sicheren Ladekontakts zum Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug an einer Ladeeinrichtung sicherstellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Ladesystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug an einer Ladeeinrichtung durch Erkennen eines in eine Ladebuchse der Ladeeinrichtung eingesteckten Ladesteckers des Kraftfahrzeugs, und Übertragen von elektrischer Energie über eine die Ladebuchse und den Ladestecker umfassende Steckverbindung. Erfindungsgemäß wird das Verfahren weitergebildet durch Ermitteln, ob die Steckverbindung bei einer aktiven Energieübertragung mit einer Ladeleistung oder einem Ladestrom größer Null getrennt wird, und in Abhängigkeit von der Höhe der Ladeleistung oder des Ladestroms während und/oder unmittelbar vor der Trennung, Modifizieren eines Zählerwerts, welcher mit einem Abbrandzustand des Ladesteckers korreliert ist. Die Ladebuchse, welche auch als Ladedose bezeichnet wird, kann hierbei zumindest für die zum Übertragen der elektrischen Energie eingesetzten Kontaktelemente buchsenförmige Kontakte aufweisen, welche zur Aufnahme des Gegenstücks in Form eines jeweiligen Stiftes des zugehörigen Ladesteckers mit einem Innenloch ausgebildet sind. Bei dem elektrischen Energiespeicher handelt es sich bevorzugt um einen Batteriespeicher, insbesondere um einen aus Lithium-Ionen-Zellen aufgebauten Batteriespeicher. Bei der Ladeeinrichtung kann es sich um eine öffentliche Ladestation handeln, welche von einer Vielzahl von unterschiedlichen Kraftfahrzeugen genutzt wird, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass es sich bei der Ladeeinrichtung um eine private Ladestation handelt, die nahezu ausschließlich in Verbindung mit demselben Kraftfahrzeug genutzt wird.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auf der Basis einer Auswertung der Höhe der Ladeleistung oder des Ladestroms während und/oder unmittelbar vor der Trennung der Steckverbindung, bei der die Übertragung der elektrischen Energie nicht durch einen gesteuerten Eingriff der Ladeeinrichtung auf Null reduziert wird, bevor es zu einer mechanischen Trennung der Steckverbindung kommt, sondern vielmehr der Ladeprozess durch eine mechanische Unterbrechung der Steckverbindung abgebrochen wird, auf eine Schädigung der der Steckverbindung geschlossen werden kann. Aus der Ladeleistung oder dem Ladestrom im Zusammenhang mit der Spannung des elektrischen Energiespeichers kann in Verbindung mit der durch die Ladeeinrichtung bereitgestellten Spannung der Strom über die Steckverbindung ermittelt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Strom beziehungsweise bei einer mehrphasigen Verbindung die Ströme alternativ oder zusätzlich direkt zu messen. Bevorzugt kann das Modifizieren des Zählerwerts durch ein Dekrementieren des Zählerwerts realisiert sein. Der zugehörige, als Hot-Disconnect-Counter bezeichnete Zähler wird hierzu zweckmäßigerweise auf einen vorgebbaren Startwert größer Null gesetzt, was beispielsweise in einem Auslieferungszustand des Kraftfahrzeugs sowie bei einem Ersetzen der Komponente des Ladesteckers erfolgen kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Modifizieren des Zählerwerts durch ein Inkrementieren erfolgt, wobei in diesem Fall der Startwert im Neuzustand des Kraftfahrzeugs beziehungsweise bei einem Ersetzen des Ladesteckers jeweils auf den Wert Null(zurück-)gesetzt wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass der als Hot-Disconnect-Counter bezeichnete Zähler an einer Diagnoseschnittstelle des Kraftfahrzeugs mittels eines Diagnosegeräts auf den Startwert größer Null beziehungsweise auf einen Startwert Null zurückgesetzt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Verfahren Ausgeben einer Hinweismeldung an einen Benutzer des Kraftfahrzeugs über eine Ausgabevorrichtung des Kraftfahrzeugs, wenn der Zählerwert eine vorgegebene erste Zählerschwelle erreicht oder passiert. Auf diese Weise kann mit einer Meldung auf einen vorliegenden Defekt in der Steckverbindung hingewiesen werden, um eine weitere Gefährdung beziehungsweise Schädigung zu verhindern.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren Verhindern einer Energieübertragung über die Steckverbindung zum Laden des elektrischen Energiespeichers, wenn der Zählerwert eine vorgegebene zweite Zählerschwelle erreicht oder passiert. Insbesondere kann die erste Zählerschwelle zwischen der zweiten Zählerschwelle und dem Startwert liegen, das heißt die zweite Zählerschwelle wird erst nach dem Passieren der ersten Zählerschwelle erreicht. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass bei dem Erreichen oder Passieren der zweiten Zählerschwelle eine weitere Hinweismeldung ausgegeben wird, welche insbesondere von der Hinweismeldung, welche bei dem Erreichen oder Passieren der ersten Zählerschwelle ausgegeben wird, verschieden ist. Die Hinweismeldung und die weitere Hinweismeldung können auf optischem Wege, beispielsweise mit unterschiedlichen Farben, erfolgen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren Bereitstellen des Zählerwerts an einer Diagnoseschnittstelle des Kraftfahrzeugs für ein Auslesen mittels eines Diagnosegeräts. Auf diese Weise kann beispielsweise ein drohender Ausfall des Ladesteckers in der Werkstatt erkannt werden und durch einen Austausch des vorgeschädigten Ladesteckers ein drohender Ausfall verhindert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren nichtflüchtiges Speichern des Zählerwerts in einer Überwachungsvorrichtung, insbesondere ein flashresistentes Speichern, bevorzugt in einem EEPROM-Speicher. Das Speichern des Zählerwerts erfolgt dabei vorteilhaft in zumindest einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs.
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Die Erfindung geht des Weiteren aus von einem Ladesystem zum Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug umfassend eine Ladeeinrichtung mit einer Ladebuchse, insbesondere in Form einer AC- oder einer DC-Ladebuchse, ein elektrisch mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelter Ladestecker, und ein Laderegler, welcher dazu ausgelegt ist, den in die Ladebuchse der Ladeeinrichtung eingesteckten Ladestecker des Kraftfahrzeugs zu erkennen. Dabei ist die Ladeeinrichtung dazu ausgelegt, elektrische Energie über eine die Ladebuchse und den Ladestecker umfassende Steckverbindung zu übertragen. Erfindungsgemäß wird das Ladesystem weitergebildet durch eine Überwachungsvorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, zu ermitteln, ob die Steckverbindung bei einer aktiven Energieübertragung mit einer Ladeleistung oder einem Ladestrom größer Null getrennt wird, und in Abhängigkeit von der Höhe der Ladeleistung oder des Ladestroms während und/oder unmittelbar vor der Trennung einen Zählerwert zu modifizieren, welcher mit einem Abbrandzustand des Ladesteckers korreliert ist. Die Ladeeinrichtung kann weitere Ladebuchsen aufweisen, insbesondere AC- und/oder DC-Ladebuchsen.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren darstellten Ausführungsformen und Vorteile gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Ladesystem. Folglich können für Verfahrensmerkmale entsprechende Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
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1 in vereinfachter schematischer Darstellung ein bevorzugtes erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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2 in vereinfachter schematischer Darstellung ein bevorzugtes zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gemäß dem in der 1 dargestellten bevorzugten ersten Ausführungsbeispiel für den Fall einer Übertragung von elektrischer Energie mittels Gleichspannung/Gleichstrom [DC-Ladebetrieb] umfasst ein erster Schritt S1 das Erkennen eines eingesteckten und verriegelten Ladesteckers des Kraftfahrzeugs [DC-Ladestecker erkannt und verriegelt]. In einem zweiten Schritt S2 wird geprüft, ob ein Ereigniszähler einen Zählerwert größer Null aufweist [Ereigniszähler > 0 „Hot-Disconnect-Counter”]. In einem dritten Schritt S3 erfolgt das Übertragen von elektrischer Energie über eine die Ladedose und den Ladestecker umfassende Steckverbindung [Betriebszustand „DC-Laden”]. In einem vierten Schritt S4 wird ermittelt, ob die Steckverbindung bei einer aktiven Energieübertragung und einer Ladeleistung oder einem Ladestrom größer Null betrieben wird [Ladestrom > 0 Ampere]. Nach dieser Prüfung erfolgt nun gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Trennen der Steckverbindung in einem fünften Schritt S5 [Nutzerereignis: DC-Ladestecker „Abstecken unter Last”]. Diese außerplanmäßige Trennung der Steckverbindung führt in einem darauffolgenden sechsten Schritt S6 zum Abbrechen des Ladevorgangs [Ladeabbruch]. In einem siebten Schritt S7 wird daraufhin in Abhängigkeit von der Höhe der aktuellen Ladeleistung oder des aktuellen Ladestroms der Zählerwert des Ereigniszählers entsprechend modifiziert [Ereigniszähler Dekrement – „Hot-Disconnect-Counter”, in Abhängigkeit des Ladestroms]. In einem darauffolgenden achten Schritt S8 erfolgt über eine Benutzerschnittstelle eine Ausgabe einer Hinweismeldung an einen Benutzer des Kraftfahrzeugs [HMI/BAK, Kundenanzeige: Warnhinweis, Ladedosen-LED]. Die Signalisierung einer entsprechenden Hinweismeldung kann hierbei über ein sogenanntes Human Machine Interface (HMI) beziehungsweise Bedien-Anzeige-Konzept (BAK) erfolgen.
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Eine entsprechende bevorzugte zweite Ausführungsform bei einer Übertragung von elektrischer Energie über die Steckverbindung mittels Wechselspannung/Wechselstrom [AC-Ladebetrieb] erfolgt in dem ersten Schritt S1 das Erkennen des in die Ladebuchse der Ladeeinrichtung eingesteckten Ladesteckers des Kraftfahrzeugs [AC-Ladestecker (Typ 1) erkannt]. Der zweite Schritt S2 ist identisch zu dem zweiten Schritt S2 des ersten Ausführungsbeispiels. In dem dritten Schritt S3 erfolgt das Übertragen von elektrischer Energie mittels Wechselspannung/Wechselstrom [Betriebszustand „AC-Laden”]. Der vierte Schritt S4 ist identisch zu dem vierten Schritt S4 aus dem ersten Ausführungsbeispiel. In dem fünften Schritt S5 erfolgt das außerplanmäßige Trennen der Steckverbindung bei einer aktiven Energieübertragung [Nutzerereignis: S3 „OPEN”, AC-Ladestecker „Abstecken unter Last”]. Der sechste Schritt S6, der siebte Schritt S7 sowie der achte Schritt S8 entsprechen den jeweiligen Schritten aus dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Wird aufgrund eines infrastrukturseitigen Defektes ein verriegelter DC-Ladestecker (Bedingung: „Ladedosenverriegelungszustand”) im DC-Ladebetrieb (Bedingung: Betriebszustand „DC-Laden”) unter Last (Bedingung: „Ladestrom > 0 Ampere”) gezogen, wird in Abhängigkeit von dem Ladestrom ein Hot-Disconnect-Counter dekrementiert. Ein hoher Ladestrom führt zu einem höheren Dekrement und vice versa. Nach Erreichen eines kritischen Zählerwertes erfolgt eine entsprechende Hinweismeldung „Vorsicht Infrastruktur defekt (gelb)”, um eine weitere Gefährdung zu verhindern. Ist der Hot-Disconnect-Counter abgelaufen, wird der Ladebetrieb gesperrt und dem Kunden entsprechend eine Hinweismeldung „Störung (rot)” und „Ladedosen-LED rot blinkend” angezeigt. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass beide Hinweismeldungen (gelb und rot) in der Komponente Laderegler eindeutig über einen Fehlerspeichereintrag per Diagnose auslesbar und bewertbar sind. Weiterhin ist vorgesehen, dass der aktuelle Wert des Hot-Disconnect-Counters in einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs gespeichert ist und per Diagnose auslesbar ist. Dazu ist ein flashresistentes Speichern in einem EEPROM vorgesehen, also ein Überschreibschutz, falls es zum sogenannten „Flashen” einer Software kommt. Somit ist immer sichergestellt, dass der Wert des Hot-Disconnect-Counters verfügbar ist.
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Durch die Möglichkeit der diagnoseseitigen Erfassbarkeit des Zählerwerts werden quantitative Erhebungen dieses Fehlerfalls eines Abziehens unter Last im AC-/DC-Ladebetrieb möglich. Der Komponentenschutz wird durch die Erfindung sichergestellt, da eine Abnutzung, auch als Alterung bezeichnet, durch stromführende Ladedosenkontakte genauer bestimmt werden kann. Des Weiteren lassen sich qualitative Rückschlüsse auf die Infrastrukturbeschaffenheit/Produktqualität der Infrastruktur (zum Beispiel länderspezifisch) tätigen, da die Ursache eines Abziehens unter Last infrastrukturell begründet sein kann. Durch die Erfassung der fehlerhaften Abziehvorgänge kann sichergestellt werden, dass ab einem bestimmten vorgegebenen Wert des Zählers das Laden bei einem schlechten Ladesystemwirkungsgrad aufgrund der nicht mehr in einem zulässigen Bereich liegenden Übergangswiderstände verhindert/gesperrt wird. Eine zielgerichtete Abhilfe kann durch die Ermittlung des Zählerwerts bei Diagnose in einer Werkstatt präventiv erfolgen oder erst im Nachgang ab dem Eintreten der Hinweismeldungen (rot oder gelb), wenn der kritische Zählerwert erreicht wurde.
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Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. Somit können insbesondere beliebige Ladestecker/Ladedosen-Steckverbinder mit beliebigen Spannungsformen beziehungsweise Stromformen vorgesehen sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
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Somit wurde voranstehend gezeigt, wie eine Erfassung und Quantifizierung von Ladestecker-Abziehvorgängen unter elektrischer Last im AC-/DC-Ladebetrieb von Elektrofahrzeugen (PHEV, BEV) zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Ladeinfrastruktur verwendet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- S1
- erster Schritt
- S2
- zweiter Schritt
- S3
- dritter Schritt
- S4
- vierter Schritt
- S5
- fünfter Schritt
- S6
- sechster Schritt
- S7
- siebter Schritt
- S8
- achter Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011011099 A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEC 62196 [0003]
- SAEJ 1772 [0003]
- IEC 62196-2 [0004]
- SAEJ 1772/2009 [0004]
- Norm SAEJ 1772 [0004]