WO2019154760A1

WO2019154760A1 - Ladesteuerungseinrichtung für kraftfahrzeuge

Info

Publication number: WO2019154760A1
Application number: PCT/EP2019/052632
Authority: WO
Inventors: Stefan Barthel; André Körner; Klaus Steiner
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2019-08-15
Anticipated expiration: 2020-08-07
Also published as: CN111712401A; CN111712401B; DE102018201934A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladesteuerungseinrichtung (5) für eine leitungsgebundene oder eine induktive Ladeeinrichtung (6, 4, 1, 100, 101) mit einem Ladewandler (1) zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (2) eines Kraftfahrzeugs (3), mit einer ersten Ladesteuerungseinheit (12) zur Erzeugung eines ersten Steuerungssignals zur Begrenzung wenigstens eines elektrischen Parameters der Ladeeinrichtung (1, 4, 6) auf einen ersten Maximalwert unter Berücksichtigung von internen Bedingungen oder Parametern des Kraftfahrzeuges, einer zweiten Ladesteuerungseinheit (13) zur Erzeugung oder Übermittlung eines zweiten Steuerungssignals zur Begrenzung wenigstens eines elektrischen Parameters der Ladeeinrichtung (6, 4, 1) auf einen zweiten Maximalwert unter Berücksichtigung von externen, von dem Zustand des Kraftfahrzeugs unabhängigen Bedingungen oder Signalen sowie einer dritten Ladesteuerungseinheit (14) zur Ermittlung eines dritten Maximalwerts als Ansteuersignal für den Ladewandler (1) durch Verknüpfung des ersten und des zweiten Maximalwerts, wobei die erste oder die zweite Ladesteuerungseinheit (12, 13) eine von einer Ladeleitung (4) unabhängige Kommunikationseinrichtung (18) zum Empfang von Signalen aufweist oder mit einer solchen Kommunikationseinrichtung (18) verbunden ist.

Description

Ladesteuerungseinrichtung für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Elektrotechnik und ist mit besonderem Vorteil bei elektrischen Ladestationen für Kraftfahrzeuge verwendbar.

Elektrische Ladestationen für Kraftfahrzeuge, sowohl rein elektrisch betreib bare als auch Hybridfahrzeuge mit einem ergänzenden Verbrennungsmotor neben einem elektrischen Motor, sind bereits weithin verbreitet. Schnittstel len, induktive Ladeeinrichtungen und Ladekabel sind dabei in verschiedenen Ausprägungen bekannt, wobei Steuereinrichtungen für das Aufladen sich teilweise einer Datenübermittlung mittels der Ladekabel bedienen. Das Aufladen der fahrzeugseitigen Batterie wird üblicherweise bezüglich Strom, Spannung und Leistung mittels einer Ladesteuerungseinrichtung kontrolliert und gesteuert, wobei eine wesentliche Eingangsgröße für die Steuerung der Ladezustand der fahrzeugseitigen Batterie ist. Es ist auch bekannt geworden, beim Aufladen von Energiespeichern in Kraftfahrzeugen netzseitige Parameter des Energieversorgungsnetzes zu berücksichtigen, das die Energie für den La de Vorgang liefert.

Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, beim Aufladen des Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs sowohl Bedingungen, die sich aus Parametern des Fahrzeugs ergeben, als auch netzseitige Bedingungen zu berücksichtigen. Dies soll in technisch möglichst einfacher Weise geschehen.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung durch eine Ladesteue rungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 9 beziehen sich auf mögliche Implementierungen einer solchen Ladesteue rungseinrichtung. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Ladesteuerungs system mit einer solchen Ladesteuerungseinrichtung und auf ein Verfahren zum Steuern einer Ladeeinrichtung.

Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Ladesteuerungseinrichtung für eine leitungsgebundene oder eine induktive Ladeeinrichtung zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Ladesteuerungseinheit zur Erzeugung eines ersten Steuerungssignals zur Begrenzung wenigstens eines elektrischen Parameters der Ladeeinrichtung auf einen ersten Maximalwert, unter Berücksichtigung von internen Bedin gungen oder Parametern des Kraftfahrzeugs, einer zweiten Ladesteuerungs einheit zur Erzeugung oder Übermittlung eines zweiten Steuerungssignals zur Begrenzung wenigstens eines elektrischen Parameters der Ladeeinrichtung auf einen zweiten Maximalwert unter Berücksichtigung von externen, von dem Zustand des Kraftfahrzeugs unabhängigen Bedingungen oder Signalen sowie einer dritten Ladesteuerungseinheit zur Ermittlung eines dritten Maximalwerts als Ansteuersignal für ein induktives Ladeelement oder einen Ladewandler durch Verknüpfung des ersten und des zweiten Maximalwerts, wobei die erste und/oder die zweite und/oder die dritte Ladesteuerungsein heit eine nicht leitungsgebundene Kommunikationseinrichtung zum Senden und/oder Empfang von Signalen aufweist oder mit einer solchen Kommunika tionseinrichtung verbunden ist. In einer möglichen Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf eine Ladesteuerungseinrichtung für eine leitungsgebundene Ladeeinrichtung mit einem Ladewandler zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Ladesteuerungseinheit zur Erzeugung eines ersten Steuerungssignals zur Begrenzung wenigstens eines elektrischen Parameters der Ladeeinrichtung auf einen ersten Maximalwert unter Berück sichtigung von internen Bedingungen oder Parametern des Kraftfahrzeuges, einer zweiten Ladesteuerungseinheit zur Erzeugung oder Übermittlung eines zweiten Steuerungssignals zur Begrenzung wenigstens eines elektrischen Parameters der Ladeeinrichtung auf einen zweiten Maximalwert unter Berücksichtigung von externen, von dem Zustand des Kraftfahrzeugs unab hängigen Bedingungen oder Signalen sowie einer dritten Ladesteuerungsein heit zur Ermittlung eines dritten Maximalwerts als Ansteuersignal für den Ladewandler durch Verknüpfung des ersten und des zweiten Maximalwerts, wobei die erste oder

die zweite Ladesteuerungseinheit eine von der Ladeleitung unabhängige Kommunikationseinrichtung zum Empfang von Signalen aufweist oder mit einer solchen Kommunikationseinrichtung verbunden ist.

Es sind gemäß der Erfindung zwei Ladesteuerungseinheiten vorgesehen, von denen die erste für die Berücksichtigung von internen Bedingungen oder Parametern des Kraftfahrzeugs sorgt, beispielsweise für die Einhaltung eines oberen Grenzwerts für den Ladestrom und/oder die Ladeleistung sowie die Spannung. Es können auch untere Grenzwerte für die genannten Parameter vorgegeben sein. Diese Werte werden üblicherweise innerhalb des Fahrzeugs durch ein Batteriemanagementsystem verwaltet. Es können jedoch auch andere Parameter von fahrzeugseitigen Aggregaten berücksichtigt werden, wie beispielsweise von zusätzlichen Verbrauchern elektrischer Energie.

Die zweite Ladesteuerungseinheit kann dafür sorgen, dass Parameter und Bedingungen des Energienetzes berücksichtigt werden, wie beispielsweise Netzbelastungsspitzen, Zeiten bevorzugter Aufladung wegen zeitweise geringerer Energiekosten oder die Erreichung sonstiger Netz- oder Energieer zeugungsziele. Zudem kann auch eine Anpassung der Leistungsaufnahme an andere Energie verbraucher oder auch Energiequellen vorgenommen werden, die an das Energienetz angeschlossen sind. So kann beispielsweise die Aufladung ver schiedener Kraftfahrzeuge koordiniert werden, die beispielsweise auch weiter voneinander entfernt sein können.

Die Erfindung erlaubt, die Vorgaben der ersten und der zweiten Ladesteue rungseinheit mittels einer dritten Ladesteuerungseinheit zusammenzuführen. Da in vielen Fällen die erste Ladesteuerungseinheit im Kraftfahrzeug und die zweite Ladesteuerungseinheit entweder netzseitig ortsfest außerhalb des Kraftfahrzeugs oder auch innerhalb des Kraftfahrzeugs angeordnet sein wird und da in Fällen des induktiven Ladens oft keine elektrische Leitung zwischen dem netzseitigen Teil der Ladeeinrichtung und dem Fahrzeug zur Verfügung steht, ist es sinnvoll, für wenigstens eine der Ladesteuerungseinheiten eine Kommunikationsmöglichkeit unabhängig von einer Ladeleitung / einem Ladekabel zur Verfügung zu stellen, so dass die Menge der Informationen, die neben dem Energietransport über eine Ladeleitung übermittelt werden müssen, reduziert wird oder sogar die Übermittlung von Informationen über ein Ladekabel ganz vermieden werden kann. Beispielsweise kann die dritte Ladesteuerungseinheit entweder ortsfest netzseitig angeordnet oder im Kraftfahrzeug angeordnet sein, so dass sich in einer Implementierungsform, in der die zweite und dritte Ladesteuerungseinheit netzseitig ortsfest angeord net sind, die Möglichkeit ergibt, Informationen durch die Kommunikationsein richtung von der ersten Ladesteuerungseinheit zur dritten Ladesteuerungs einheit zu übertragen. Es ist auch möglich, alle Ladesteuerungseinheiten netzseitig ortsfest anzuordnen, so dass vom Kraftfahrzeug über eine Kommu nikationseinrichtung Daten zur ersten Ladesteuerungseinheit übertragen werden können.

Der häufigste Fall wird jedoch der sein, dass die erste, zweite und dritte Ladesteuerungseinheit im Kraftfahrzeug selbst angeordnet sind, dessen Energiespeicher aufgeladen wird, und dass die zweite Ladesteuerungseinheit eine von der Ladeleitung unabhängige Kommunikationseinrichtung zum Empfang von Signalen aufweist oder mit einer Kommunikationseinrichtung verbunden ist. Auf diese Weise kann die zweite Ladesteuerungseinheit Informationen über Parameter und Zustände des Energieversorgungsnetzes, das die Ladeeinrich tung versorgt, mittels der von der Ladeleitung unabhängigen Kommunikati onseinrichtung erhalten. Die erste Ladesteuerungseinheit ist mit Aggregaten und/oder Sensoren innerhalb des Fahrzeugs, beispielsweise dem Batteriema nagementsystem, verbunden und erhält hierüber die Informationen über den Zustand des Kraftfahrzeugs, aus denen sich fahrzeugseitige Bedingungen oder Parameter für die Aufladung ergeben. Es kann somit die Übertragung von Informationen über das Ladekabel selbst im besten Fall vollständig vermieden werden.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass die Kommunikationseinrichtung zum Empfang von nicht leitungsgebundenen Signalen, insbesondere Funksignalen, Ultraschallsignalen, optischen Signalen oder Infrarotsignalen, geeignet ist. Grundsätzlich sind aber alle Arten der Informationsübertragung mittels der Kommunikationseinrichtung denkbar.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass die erste Ladesteuerungseinheit mittels einer oder mehrerer Leitungen mit wenigstens einem Aggregat des Kraftfahrzeugs, insbesondere mit einem Energiespeicher, einem Sensor oder einer Batteriemanagementeinrichtung, verbunden ist. Durch die Kommunikation innerhalb des Kraftfahrzeugs mittels elektrischer Leitungen oder eines Bussystems können die Informationen besonders zuverlässig und mit geringer Fehleranfälligkeit zu der ersten Ladesteuerungs einheit geleitet werden.

Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die erste Ladesteuerungs einheit und/oder die zweite Ladesteuerungseinheit und/oder die dritte Ladesteuerungseinheit in eine Batteriemanagementeinrichtung des Kraftfahr zeuges integriert ist.

Da die Batteriemanagementeinrichtung oder das Batteriemanagementsystem des Kraftfahrzeugs üblicherweise über einen Mikroprozessor oder Mikrocon troller verfügt, kann diese Datenverarbeitungseinrichtung zusätzlich durch entsprechende Datenverarbeitungsprogramme dazu verwendet werden, als erste und/oder zweite und/oder dritte Ladesteuerungseinheit zu fungieren. Damit kann die Zahl von Datenverarbeitungseinrichtungen an Bord des Kraftfahrzeugs reduziert werden.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die erste Ladesteuerungseinheit und/oder die zweite Ladesteuerungseinheit und/oder die dritte Ladesteuerungseinheit in die Ladeeinrichtung, insbesondere den Wandler des Kraftfahrzeugs, inte griert ist.

Es ist jedoch auch denkbar, dass die erste Ladesteuerungseinheit und/oder die zweite Ladesteuerungseinheit und/oder die dritte Ladesteuerungseinheit in eine von der Batteriemanagementeinrichtung und der Ladeeinrichtung verschiedene Verarbeitungseinrichtung des Kraftfahrzeuges integriert ist.

Als Verarbeitungseinrichtung des Kraftfahrzeugs kommen verschiedene autarke Steuerungseinrichtungen in Frage, wie beispielsweise Steuerungssys teme für Klima, Multimedia, Motorsteuerungssysteme oder andere Onboard- Systeme.

Grundsätzlich kann dabei vorgesehen sein, dass die dritte Ladesteuerungsein heit dazu eingerichtet ist, einen Maximalstrom des Wandlers oder eine Maximalleistung des Wandlers zu steuern. Unter dem Wandler wird dabei die Einheit verstanden, die innerhalb der Ladeeinrichtung die von der Versor gungseinrichtung / dem Versorgungsnetz zur Verfügung gestellten elektri schen Größen oder Parameter in die zum Aufladen des Energiespeichers benötigten elektrischen Größen oder Parameter wandelt. Ein solcher Wandler kann beispielsweise als Halbleiterstromwandler auf der Basis von Halbleiter bauelementen wie IGBTs oder in jeder anderen bekannten

Umrichterbauweise gestaltet sein. Der Wandler enthält üblicherweise eine Gleichrichteinrichtung für den Strom, um dem Energiespeicher ein Gleich spannungssignal zur Verfügung zu stellen. Der Wandler kann dabei an Bord des Fahrzeugs fest installiert sein; jedoch ist auch denkbar, netzseitige ortsfes te, von den Kraftfahrzeugen unabhängige Wandler an einer Ladestelle vorzu sehen.

Die Erfindung bezieht sich zudem auch auf ein Ladesteuerungssystem für eine leitungsgebundene oder eine induktive Ladeeinrichtung mit einem Ladewand- ler zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, mit einer Ladesteuerungseinrichtung sowie mit einer Netzdatenverarbei tungseinrichtung zur Ermittlung von Steuerungsvorgaben eines elektrischen Versorgungsnetzes für die Ladeeinrichtung und mit einer Sendeeinrichtung zur nicht leitungsgebundenen Übermittlung der Steuerungsvorgaben des elektrischen Versorgungsnetzes und/oder von Steuerungsvorgaben oder Parametern des Kraftfahrzeugs zu der Kommunikationseinrichtung.

In einem solchen System wird die erfindungsgemäße Ladesteuerungseinrich tung optimal eingesetzt und in die Infrastruktur eingebettet. Die Netzdatenve rarbeitungseinrichtung kann beispielsweise innerhalb einer Leitwarte eines Energieversorgungsnetzes angeordnet oder als Funktion einer solchen Leit warte ausgestaltet sein.

Eine besondere Ausgestaltung eines Ladesteuerungssystems kann dabei auch vorsehen, dass die Netzdatenverarbeitungseinrichtung als Cloud-Einrichtung ausgebildet oder mit einer Datencloud verbunden ist. Damit kann beispiels weise auch gewährleistet werden, dass die Informationen, die von der Netz datenbearbeitungseinrichtung zu dem zweiten Ladesteuerungselement übermittelt werden sollen, jederzeit und überall verfügbar sind.

Die Erfindung bezieht sich zuletzt auch auf ein Verfahren zum Steuern einer leitungsgebundenen Ladeeinrichtung mit einem Ladewandler zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, bei dem mittels einer Netzdatenverarbeitungseinrichtung Steuerungsvorgaben eines elektri schen Versorgungsnetzes ermittelt und diese einer zweiten Ladesteuerungs einheit übermittelt werden und wobei mittels einer ersten Ladesteuerungs einheit ein erstes Steuerungssignal zur Begrenzung wenigstens eines elektri schen Parameters der Ladeeinrichtung auf einen ersten Maximalwert unter Berücksichtigung von internen Bedingungen oder Parametern des Kraftfahr zeuges erzeugt wird und mittels der zweiten Ladesteuerungseinheit ein zweites Steuerungssignal zur Begrenzung wenigstens eines elektrischen Parameters der Ladeeinrichtung auf einen zweiten Maximalwert unter Berücksichtigung der Steuerungsvorgaben des elektrischen Versorgungsnet zes erzeugt oder übermittelt wird sowie mittels einer dritten Ladesteuerungs einheit ein dritter Maximalwert als Ansteuersignal für den Ladewandler durch Verknüpfung des ersten und des zweiten Maximalwerts erzeugt wird. Dieses Verfahren kann verteilt teilweise im ortsfesten Energieversorgungsnetz und teilweise an Bord des aufzuladenden Kraftfahrzeugs durchgeführt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und anschließend erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 grundsätzlich die Problemstellung bei einem Fahrzeug, dessen

Batterie über ein Ladekabel aufgeladen wird,

Fig. 2 schematisch Elemente der Ladesteuerungseinrichtung,

Fig. 3 eine Ladesteuerungseinrichtung mit einer Regeleinrichtung,

Fig. 4 eine Ladesteuerungseinrichtung, die teilweise in eine Batterie managementeinrichtung integriert ist,

Fig. 5 eine Ladesteuereinrichtung, die gemeinsam mit einer Regelein richtung in ein Aggregat des Fahrzeugs, beispielsweise ein Bat teriemanagementsystem, integriert ist,

Fig. 6 eine induktive Ladeeinrichtung mit einem Fahrzeug sowie

Fig. 7 die Ladesteuerungseinheiten für den Fall einer induktiven

Ladeeinrichtung.

Figur 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 3, das neben einer Ladesäule 6 geparkt und mit dieser über ein Ladekabel 4 verbunden ist. Die Ladesäule 6 wird über ein Energieversorgungsnetz 7 mit elektrischer Energie, üblicherwei se einer Wechselspannung, versorgt. Das elektrische Energieversorgungsnetz 7 ist mit mehreren verteilten Datenverarbeitungseinrichtungen verbunden, die gemeinsam eine Cloud 8 bilden. Mit der Cloud und/oder unmittelbar mit einem Element des Energieversorgungsnetzes 7, beispielsweise einer Lade säule 6, ist eine Sendeeinrichtung 19 für Daten des Energieversorgungsnetzes und seiner Elemente verbunden. Innerhalb des Fahrzeugs ist das Ladekabel 4 mittels eines Ladekabelsteckers und einer fahrzeugseitigen Ladekabelbuchse mit dem Fahrzeugnetz verbun den, so dass die elektrische Energie zu einem Wandler 1 transportiert wird.

Der Wandler 1 ist eine starkstromelektrische Einrichtung, beispielsweise in Form eines Umrichters, der die durch die Ladesäule 6 gelieferte Spannung und Frequenz in eine Gleichspannung passender Voltzahl umwandelt und dabei einen passenden Ladestrom für den Energiespeicher / die Batterie 2 liefert. Der Ladevorgang wird mittels der Ladesteuerungseinrichtung 5 gesteuert oder geregelt, auf die im Weiteren näher eingegangen wird.

Das Energieversorgungsnetz 7 weist eine oder mehrere Energiequellen und zudem neben der Ladesäule 6 weitere Energieverbraucher auf, die örtlich verteilt sind. Informationen über die zur Verfügung stehende elektrische Energie sowie ihre örtliche Verteilung, d. h. die Lastverteilung verschiedener Energiequellen und Energieverbraucher, stehen beispielsweise in einer Netzleitwarte zur Verfügung oder werden von verschiedenen örtlich verteilten Sendern in eine Cloud 8 gesendet, wo die Daten analysiert und Prognosen gewonnen werden können. Unter Verwendung der zur Verfügung stehenden Daten können Vorgaben ermittelt werden, die ein Aufladen des Energiespei chers zu besonderen Zeiten besonders sinnvoll erscheinen lassen oder die bestimmte Stromstärken oder Leistungswerte für den Ladevorgang oder ein bestimmtes Zeitprofil für diese Größen gewinnen lassen. Somit ist eine Steuerung des Ladewandlers entweder mit konstanten oder auch zeitlich veränderlichen Werten für Strom und/oder Spannung und/oder elektrische Leistung sinnvoll. Die Steuerung, die unter Hinzufügung einer Regelschleife auch als Regelung ausgebaut werden kann, kann durch eine Einrichtung an Bord des Fahrzeugs 3 geleistet werden.

Auf die Ladesteuerungseinrichtung wird im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 5 und 7 näher eingegangen.

In Figur 2 ist ein Ladewandler 1 dargestellt, der auf der einen Seite mittels einer Steckverbindung 9 mit einem Ladekabel 4 verbunden ist und auf seiner Ausgangsseite 10 mit einer Batterie 2 eines Fahrzeugs verbunden ist. Als Alternative ist gestrichelt die Verbindung des Ladewandlers 1 mit der fahr zeugseitigen Komponente 100 eines induktiven Energieübertragungssystems, beispielsweise in Form einer Spule, dargestellt. Diese Alternative besteht jeweils auch bei den in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellten Ausführungsfor men.

Dem Ladewandler 1 wird über eine erste Signalleitung 11 ein zulässiger Maximalwert für elektrische Leistung und/oder elektrischen Strom von einer dritten Ladesteuerungseinheit 14 zugeleitet. Die dritte Ladesteuerungseinheit 14 empfängt Daten von einer ersten Ladesteuerungseinheit 12 und einer zweiten Ladesteuerungseinheit 13. Die erste Ladesteuerungseinheit 12 ist mit der Batterie 2 des Kraftfahrzeugs oder einem Sensor verbunden, der Informa tionen/Daten über die Batterie 2 liefert. Die erste Ladesteuerungseinheit 12 kann auch in ein Batteriemanagementsystem integriert oder mit einem solchen verbunden sein. Die erste Ladesteuerungseinheit 12 erzeugt oder übermittelt Daten zur Vorgabe eines maximalen Ladestroms oder einer maximalen Ladeleistung, die für die Batterie 2 sinnvoll, vorteilhaft oder zulässig ist. Die zweite Ladesteuerungseinheit 13 leitet Vorgaben oder Daten des Energieversorgungsnetzes 7 an die dritte Ladesteuerungseinheit 14. Diese Daten umfassen beispielsweise eine maximal zulässige oder verfügbare elektrische Leistung oder einen maximalen Strom. Die Daten können auch ein Strom- oder Leistungsprofil über die Zeit beinhalten, so dass für ein bestimm tes Zeitfenster jeweils für jeden Zeitpunkt der maximal zulässige Strom oder die maximal zulässige elektrische Leistung in den Daten enthalten ist.

Die dritte Ladesteuerungseinheit 14 verknüpft die Daten von der ersten und zweiten Ladesteuerungseinheit 12, 13, indem sie beispielsweise den maxima len Stromwert oder die maximale elektrische Leistung für jeden Zeitpunkt oder unabhängig von der Zeit ermittelt, der sowohl von der ersten als auch von der zweiten Ladesteuerungseinheit 12, 13 als zulässig oder sinnvoll übermittelt worden ist. Der ermittelte zeitabhängige oder zeitunabhängige Wert für den zulässigen Maximalstrom und/oder die zulässige Maximalleis tung wird von der dritten Ladesteuerungseinheit dem Ladewandler 1 zuge führt, der nach den Vorgaben/Daten den Ladestrom für die Batterie 2 ein stellt.

Die zweite Ladesteuerungseinheit 13 erhält die Vorgabedaten des Energiever sorgungsnetzes durch eine Empfangseinrichtung/Kommunikationseinrichtung 18, beispielsweise mittels einer Funkschnittstelle, die die Kommunikationsein richtung 18 z. B. mit der Cloud 8 verbindet. Die Kommunikationseinrichtung 18 kann mittels einer Funkschnittstelle jedoch auch mit einem Sender 19 an der Ladesäule 6 verbunden sein.

In Figur 3 ist eine Konfiguration dargestellt, die der in Figur 2 dargestellten Konfiguration ähnlich ist, wobei in die Steuerung des Wandlers 1 eine Regel schleife 16 und eine Regeleinrichtung 15 integriert sind. Die dritte Ladesteue rungseinheit 14 gibt demnach Maximalwerte für Strom und/oder Spannung vor, die an die Regeleinrichtung 15 gegeben werden. Die Regeleinrichtung 15 kann diese oder auch einen anderen von der Ladesteuerungseinheit 14 vorgegebenen und unter den Maximalwerten liegenden Wert dem Wandler 1 vorgeben. Der Wandler 1 stellt eine entsprechende Stromstärke oder elektri sche Leistung ein. Ein Sensor 17 in der Ladeleitung misst einen Strom oder eine Leistung und leitet den Messwert über die Regelschleife 16 der Regelein richtung 15 zu. Diese vergleicht den Vorgabewert von der dritten Ladesteue rungseinheit 14 mit dem konkret erreichten und gemessenen Istwert und regelt entsprechend den Wandler 1 nach. Die Regeleinrichtung 15 kann dabei in die dritte Ladesteuerungseinheit 14 integriert sein, und diese beiden Einrichtungen können gemeinsam auch in ein vorhandenes Aggregat des Fahrzeugs integriert werden, beispielsweise in ein Batteriemanagementsys tem, jedoch auch in jedes andere System an Bord des Fahrzeugs, das über einen Mikrocontroller oder eine ähnliche Einrichtung verfügt.

Figur 4 zeigt schematisch innerhalb einer Ladesteuerungseinrichtung die Integration einer ersten Ladesteuerungseinheit 12 und einer dritten Lade steuerungseinheit 14 in ein Aggregat 20, das beispielsweise das Batteriema nagementsystem, jedoch auch ein anderes Aggregat des Fahrzeugs sein kann. Die zweite Ladesteuerungseinheit 13 ist in dem gezeigten Beispiel nicht mit in das Aggregat 20 integriert. Es ist jedoch auch denkbar, die Ladesteuerungs einheit 13 mit den beiden anderen Ladesteuerungseinheiten 12 und 14 zusammen in ein Aggregat des Fahrzeugs zu integrieren.

In Figur 5 ist bei sonst gleichem Aufbau die Integration einer Regeleinrichtung 15 in das Aggregat 20 mit umfasst. Die Regeleinrichtung 15 erhält als Zielgrö ße von der dritten Ladesteuerungseinheit 14 einen Vorgabewert und ver- gleicht diesen mit einer Messgröße/Regelgröße, die von dem Sensor 17 geliefert wird. Auch in diesem Beispiel ist die zweite Ladesteuerungseinheit 13 nicht in das Aggregat 20 mit integriert, jedoch ist auch hier eine Integration der Einheit 13 in das Aggregat 20 denkbar.

Die durch Sensoren oder Einrichtungen im Fahrzeug vorgegebenen Maximal werte können während des Aufladevorgangs des Energiespeichers korrigiert oder nachgesteuert werden, ebenso wie die Daten, die der zweiten Ladesteue rungseinheit 13 mittels der Kommunikationseinrichtung 18 zugeleitet werden. Somit können die Zielwerte für den Maximalstrom und die Maximalleistung, die durch den Wandler 1 bereitgestellt werden sollte, laufend geändert und korrigiert werden. Es kann auch ein optimierter Wert für Strom und/oder Leistung an dem Wandler 1 eingestellt werden, wobei dann laufend überprüft wird, ob dieser optimierte Wert unterhalb der vorgegebenen Maximalwerte liegt.

Figur 6 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 3, das mit einem elektrischen Energiespeicher ausgestattet ist und das mit dem infrastrukturseitigen oder netzseitigen Teil 101 einer induktiven Ladeeinrichtung 100, 101 gekoppelt ist. In der Ladestation ist dazu im Bereich einer befahrbaren Fläche teilweise oder ganz im oder auf dem Boden / der Fahrbahnoberfläche ein stationäres induk tives Element, beispielsweise in Form einer elektrischen Spule, vorgesehen, die mit einem Wechselstrom beaufschlagbar ist und ein magnetisches Wech selfeld erzeugen kann. Mit diesem Wechselfeld koppelt über einen Luftspalt ein fahrzeugseitiger Teil 100 der induktiven Ladeeinrichtung, beispielsweise ebenfalls in Form einer Spule, so dass über den Luftspalt Energie übertragen werden kann, die fahrzeugseitig in Form eines Wechselstroms und einer Wechselspannung zur Verfügung steht und dort zu dem Ladewandler 1 geleitet wird. Dieser erzeugt auf seiner Ausgangsseite 10 ein Gleichspan nungssignal, das steuerbar ist und zum Aufladen des Energiespeichers 2 des Fahrzeugs dient. Eine Ladesteuerungseinrichtung 5 zur Steuerung des Lade wandlers kann fahrzeugseitig eingebaut sein und eine erste, zweite und dritte Ladesteuerungseinheit 12, 13, 14 umfassen.

Die Ladesteuerungseinheit 5' kann auch ortsfest netzseitig vorgesehen sein und den Landewandler und/oder den netzseitigen Teil 101 der induktiven Ladeeinrichtung 100, 101 steuern. Dazu kann die Ladesteuerungseinrichtung 5' mit der induktiven Ladeeinrichtung leitungsgebunden oder nicht leitungs gebunden zur Kommunikation in Verbindung stehen. Die Ladesteuerungsein richtung 5' kann auch mittels einer Leitung oder einer Funkverbindung mit einer netzseitigen Kommunikationszentrale oder Leitwarte verbunden sein, um netzseitige Steuerungsparameter zu empfangen. Mit dem Ladewandler 1 kann die Ladesteuerungseinrichtung 5' über eine nicht leitungsgebundene Verbindung, beispielsweise eine Funkverbindung, kommunizieren.

In Figur 7 ist die induktive Ladeeinrichtung dargestellt, deren fahrzeugseitiger Teil 100 den Ladewandler 1 speist. Mittels einer Steuerverbindung 11, die leitungsgebunden oder nicht leitungsgebunden sein kann, ist die dritte Ladesteuerungseinheit 14 mit dem Ladewandler 1 verbunden und steuert diesen. Der dritte Ladewandler kann im Fahrzeug oder ortsfest außerhalb des Fahrzeugs vorgesehen sein.

Die erste Ladesteuerungseinheit 12 kann im Fahrzeug angeordnet und lei tungsgebunden mit der dritten Ladesteuerungseinheit 14 verbunden sein, wenn diese im Fahrzeug angeordnet ist.

Ist die dritte Ladesteuerungseinheit 14 netzseitig ortsfest angeordnet, so steht sie mit der ersten Ladesteuereinheit 12 mittels einer Funkverbindung in Kontakt.

Die zweite Ladesteuereinheit 13 kann, wenn sie ortsfest netzseitig angeordnet ist, mit der dritten Ladesteuereinheit 14 leitungsgebunden oder nicht lei tungsgebunden in Kontakt stehen, wenn die dritte Ladesteuerungseinheit ebenfalls netzseitig ortsfest angeordnet ist.

Ist die dritte Ladesteuerungseinheit 14 im Fahrzeug angeordnet, so kommuni ziert die zweite Ladesteuerungseinheit mit ihr über eine Funkverbindung.

Ist die zweite Ladesteuerungseinheit 13 im Fahrzeug angeordnet, so kann sie mit der dritten Ladesteuerungseinheit 14, sofern diese ebenfalls im Fahrzeug angeordnet ist, mittels einer Funkverbindung oder leitungsgebunden ver bunden sein. Ist die zweite Ladesteuerungseinheit 13 im Fahrzeug und die dritte Ladesteue rungseinheit 14 netzseitig ortsfest angeordnet, so kommuniziert die zweite Ladesteuerungseinheit 13 mit der dritten Ladesteuerungseinheit per Funkver bindung.

Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass eine ortsfeste zweite Ladesteuerungseinheit mittels eines elektrischen Datenkabels, das ausschließ lich der Informationsübermittlung dient, mit einer im Fahrzeug angeordneten dritten Ladesteuerungseinheit 14 verbunden ist.

In einer Implementierung kann vorgesehen sein, dass die fahrzeugseitig zulässigen Ladeparameter im Fahrzeug ermittelt und von einer ersten Lade steuereinheit, die in ein Batterielademanagement oder einen Laderegler integriert ist, mittels einer Funkverbindung an eine Empfangseinrichtung des stationären Teils einer induktiven Ladeeinrichtung übertragen werden. Diese Empfangseinrichtung übermittelt die Daten an eine stationäre dritte Lade steuereinheit, die ein Stellglied für die induktive Ladung ansteuert. Die dritte Ladesteuereinheit kann zudem mit einer zweiten Ladesteuereinheit verbun den sein, die netzseitige, die Ladeleistung begrenzende Parameter leitungsge bunden oder per Funk empfängt oder ermittelt.

Mittels der Erfindung ist die Aufladung eines Energiespeichers eines Fahrzeugs an einer Ladesäule mittels eines Ladekabels in einfacher und wenig aufwendi ger Weise optimierbar.

Claims

Patentansprüche

1. Ladesteuerungseinrichtung (5, 5') für eine leitungsgebundene oder eine induktive Ladeeinrichtung (6, 4, 1, 100, 101) zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (2) eines Kraftfahrzeugs (3),

mit

einer ersten Ladesteuerungseinheit (12) zur Erzeugung eines ersten Steuerungssignals zur Begrenzung wenigstens eines elektri schen Parameters der Ladeeinrichtung (1, 4, 6, 100, 101) auf einen ers ten Maximalwert, unter Berücksichtigung von internen Bedingungen oder Parametern des Kraftfahrzeugs,

einer zweiten Ladesteuerungseinheit (13) zur Erzeugung oder Übermittlung eines zweiten Steuerungssignals zur Begrenzung wenigs tens eines elektrischen Parameters der Ladeeinrichtung (6, 4, 1, 100, 101) auf einen zweiten Maximalwert unter Berücksichtigung von ex ternen, von dem Zustand des Kraftfahrzeugs unabhängigen Bedingun gen oder Signalen sowie

einer dritten Ladesteuerungseinheit (14) zur Ermittlung eines dritten Maximalwerts als Ansteuersignal für ein induktives Lade element (100, 101) oder einen Ladewandler (1) durch Verknüpfung des ersten und des zweiten Maximalwerts,

wobei die erste und/oder die zweite und/oder die dritte Lade steuerungseinheit (12, 13, 14) eine nicht leitungsgebundene Kommu nikationseinrichtung (18) zum Senden und/oder Empfang von Signalen aufweist oder mit einer solchen Kommunikationseinrichtung (18) ver bunden ist.

2. Ladesteuerungseinrichtung nach Anspruch 1 für eine leitungs

gebundene Ladeeinrichtung (6, 4, 1) mit einem Ladewandler (1) zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers (2) eines Kraftfahrzeugs (3),

mit

einer ersten Ladesteuerungseinheit (12) zur Erzeugung eines ersten Steuerungssignals zur Begrenzung wenigstens eines elektri- sehen Parameters der Ladeeinrichtung (1, 4, 6) auf einen ersten Maxi malwert, unter Berücksichtigung von internen Bedingungen oder Pa rametern des Kraftfahrzeuges,

einer zweiten Ladesteuerungseinheit (13) zur Erzeugung oder Übermittlung eines zweiten Steuerungssignals zur Begrenzung wenigs tens eines elektrischen Parameters der Ladeeinrichtung (6, 4, 1) auf ei nen zweiten Maximalwert unter Berücksichtigung von externen, von dem Zustand des Kraftfahrzeugs unabhängigen Bedingungen oder Sig nalen sowie

einer dritten Ladesteuerungseinheit (14) zur Ermittlung eines dritten Maximalwerts als Ansteuersignal für den Ladewandler (1) durch Verknüpfung des ersten und des zweiten Maximalwerts,

wobei die erste oder die zweite Ladesteuerungseinheit (12, 13) eine von der Ladeleitung (4) unabhängige Kommunikationseinrichtung (18) zum Empfang von Signalen aufweist oder mit einer solchen Kom munikationseinrichtung (18) verbunden ist.

3. Ladesteuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die erste, die zweite und die dritte Ladesteuerungsein heit (12, 13, 14) in dem Kraftfahrzeug (3) angeordnet sind, dessen Energiespeicher (2) aufgeladen wird, und

dass die zweite Ladesteuerungseinheit (13) eine von der Lade leitung (4) unabhängige Kommunikationseinrichtung (18) zum Emp fang von Signalen aufweist oder mit einer solchen Kommunikations einrichtung verbunden ist.

4. Ladesteuerungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinrichtung (18) zum Empfang von Funksigna len, Ultraschallsignalen, optischen Signalen oder Infrarotsignalen ge eignet ist.

5. Ladesteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ladesteuerungseinheit (12) mittels ei ner oder mehrerer Leitungen mit wenigstens einem Aggregat (2, 19) des Kraftfahrzeugs (3), insbesondere mit einem Energiespeicher, ei nem Sensor oder einer Batteriemanagementeinrichtung, verbunden ist.

6. Ladesteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ladesteuerungseinheit (12) und/oder die zweite Ladesteuerungseinheit (13) und/oder die dritte Ladesteue rungseinheit (14) in eine Batteriemanagementeinrichtung (19) des Kraftfahrzeuges integriert ist.

7. Ladesteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ladesteuerungseinheit (12) und/oder die zweite Ladesteuerungseinheit (13) und/oder die dritte Ladesteue rungseinheit (14) in die Ladeeinrichtung, insbesondere den Wandler (1) des Kraftfahrzeugs, integriert ist.

8. Ladesteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ladesteuerungseinheit (12) und/oder die zweite Ladesteuerungseinheit (13) und/oder die dritte Ladesteue rungseinheit (14) in eine von der Batteriemanagementeinrichtung (19) und der Ladeeinrichtung (1, 4, 6) verschiedene Verarbeitungseinrich tung des Kraftfahrzeuges integriert ist.

9. Ladesteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Ladesteuerungseinheit (14) dazu ein gerichtet ist, einen Maximalstrom des Wandlers zu steuern.

10. Ladesteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Ladesteuerungseinheit (14) dazu ein gerichtet ist, eine Maximalleistung des Wandlers zu steuern.

11. Ladesteuerungssystem für eine leitungsgebundene oder eine induktive Ladeeinrichtung (1, 4, 6) mit einem Ladewandler (1) zum Aufladen ei nes elektrischen Energiespeichers (2) eines Kraftfahrzeugs (3), mit ei ner Ladesteuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 so wie mit einer Netzdatenverarbeitungseinrichtung (8) zur Ermittlung von Steuerungsvorgaben eines elektrischen Versorgungsnetzes (7) für die Ladeeinrichtung und mit einer Sendeeinrichtung (8, 19) zur nicht leitungsgebundenen Übermittlung der Steuerungsvorgaben des elekt rischen Versorgungsnetzes und/oder von Steuerungsvorgaben oder Parametern des Kraftfahrzeugs zu der Kommunikationseinrichtung

12. Ladesteuerungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzdatenverarbeitungseinrichtung (18) als Cloud-Einrichtung ausgebildet oder mit einer Datencloud verbunden ist.

13. Verfahren zum Steuern einer leitungsgebundenen Ladeeinrichtung (1, 4, 6) mit einem Ladewandler (1) zum Aufladen eines elektrischen

Energiespeichers (2) eines Kraftfahrzeugs (3), bei dem mittels einer Netzdatenverarbeitungseinrichtung (18) Steuerungsvorgaben eines elektrischen Versorgungsnetzes (7) ermittelt und diese einer zweiten Ladesteuerungseinheit (13) übermittelt werden und wobei

mittels einer ersten Ladesteuerungseinheit (12) ein erstes

Steuerungssignal zur Begrenzung wenigstens eines elektrischen Parameters der Ladeeinrichtung auf einen ersten Maximalwert unter Berücksichtigung von internen Bedingungen oder Parametern des Kraftfahrzeuges erzeugt wird und

mittels der zweiten Ladesteuerungseinheit (13) ein zweites

Steuerungssignal zur Begrenzung wenigstens eines elektrischen Parameters der Ladeeinrichtung auf einen zweiten Maximalwert unter Berücksichtigung der Steuerungsvorgaben des elektrischen Versorgungsnetzes erzeugt oder übermittelt wird sowie

mittels einer dritten Ladesteuerungseinheit (14) ein dritter

Maximalwert als Ansteuersignal für den Ladewandler (1) durch Ver knüpfung des ersten und des zweiten Maximalwerts erzeugt wird.