Steuervorrichtung für eine Ladeeinrichtung und Verfahren zum Steuern der Ladeeinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Ladeeinrichtung zum Laden von Batterien für Elektrofahr zeuge sowie ein Verfahren zum Steuern einer solchen Ladeein richtung .

Zum Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs wird das Elektrofahrzeug häufig an eine Ladeeinrichtung, die oft auch als „Ladestation" bezeichnet wird, angeschlossen. Die Lade einrichtung kann dann die Batterie mit elektrischem Strom versorgen und aufladen. Es gibt Ladeeinrichtungen, die die Batterie des angeschlossenen Elektrofahrzeugs in unterschied lichen Modi aufladen können. Diese Modi umfassen beispiels weise Wechselstromaufladungen sowie Gleichstromaufladungen mit jeweils unterschiedlichen Leistungen und/oder Phasen. Zur Auswahl der Modi kann gewünscht sein, dass die Ladeeinrich tung mit dem Elektrofahrzeug kommuniziert, z.B. über eine Steuervorrichtung. Hierzu wurden zum Beispiel die Standards IEC 61851 und ISO 15118 entwickelt. Es besteht ein Bedarf, mit einer einzigen Ladestation gleichzeitig mehrere Batterien für Elektrofahrzeuge aufzuladen.

Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Steuervorrichtung für eine Ladeeinrichtung zum Laden von Batterien für Elektrofahrzeuge zu schaffen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein verbes sertes Verfahren zum Steuern einer Ladeeinrichtung zum Laden von Batterien für Elektrofahrzeuge zu schaffen.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Steuervorrichtung für ei ne Ladeeinrichtung zum Laden von Batterien für Elektrofahr zeuge vorgeschlagen. Die Steuervorrichtung umfasst:

eine Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines ers ten Signals mit einer ersten Freguenz und eines zweiten Sig- nals mit einer zweiten Frequenz, welche höher als die erste Frequenz ist;

eine erste Kommunikationsleitung zum Übertragen des ers ten Signals von der Signalerzeugungseinrichtung an mehrere Ladepunkte ;

eine zweite Kommunikationsleitung zum Übertragen des zweiten Signals von der Signalerzeugungseinrichtung an die mehreren Ladepunkte; und

mehrere Ladepunkte, wobei jeder Ladepunkt eingerichtet ist, zum Erzeugen eines Kommunikationssignals das zweite Sig nal mit dem ersten Signal kapazitiv zu koppeln, wobei jeder Ladepunkt einen Anschluss zum Anschließen einer Batterie für ein Elektrofahrzeug und zum Übertragen des Kommunikationssig nals an die an dem Anschluss angeschlossene Batterie umfasst, und wobei jeder Ladepunkt einen vorbestimmten Widerstand mit einem vorbestimmten Wert zum Anpassen einer Spannung des ers ten Signals aufweist.

Das Elektrofahrzeug, im Folgenden auch „Fahrzeug", ist insbe sondere ein Verkehrsmittel, das mit elektrischer Energie an getrieben werden kann. Das Elektrofahrzeug kann dabei zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektroauto oder ein Elektromotorrad, ein Schienenfahrzeug, ein Wasserfahrzeug und/oder ein Luftfahrzeug sein. Das Elektrofahrzeug kann ei nen Elektromotor aufweisen, der eine zum Antrieb des Elektro fahrzeugs notwendige Energie aus der Batterie des Elektro fahrzeugs zieht, um dieses anzutreiben.

Die Batterie für Elektrofahrzeuge, im Folgenden auch nur „Batterie", ist insbesondere eine Traktionsbatterie. Unter einer Batterie für Elektrofahrzeuge kann ein Energiespeicher verstanden werden, der zum Antrieb von Elektrofahrzeugen dient. Die Batterie kann mehrere zusammengeschaltete Batte riezellen aufweisen. Die Batterie kann ferner ein Batteriela demodul bzw. eine Batteriesteuerung aufweisen, mit welcher die Ladeeinrichtung kommuniziert und/oder einen Ladevorgang steuert. Anhand des Batterielademoduls kann die Batterie ei- genständig, also ohne dass sie mit dem Elektrofahrzeug gekop pelt ist, aufgeladen werden.

Die Ladeeinrichtung, auch „Ladestation", ist insbesondere ge eignet, mehrere Batterien gleichzeitig aufzuladen. Hierzu kann die Ladeeinrichtung die Batterien mit elektrischem Strom versorgen. Zum Aufladen einer Batterie kann diese aus dem Fahrzeug herausgenommen werden oder innerhalb des Fahrzeugs gelassen werden. Die Batterie kann in dem Fahrzeug fest ein gebettet sein, weshalb auch von Aufladen von Fahrzeugen ge sprochen wird. Insbesondere ist die Ladeeinrichtung geeignet, mehrere Fahrzeuge gleichzeitig aufzuladen.

Die Ladeeinrichtung weist insbesondere mehrere Ladepunkte auf. An jeden Ladepunkt kann z.B. eine Batterie und/oder ein Fahrzeug angeschlossen und aufgeladen werden. Die maximale Anzahl an Batterien, die zeitgleich angeschlossen/aufgeladen werden können, kann der Anzahl an Ladepunkten der Ladeein richtung entsprechen. Es ist auch möglich, dass an der Lade einrichtung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt z.B. keine oder nur eine einzige Batterie angeschlossen/aufgeladen wird.

Die Steuervorrichtung ist insbesondere Teil der Ladeeinrich tung. Sie kann dazu dienen, eine Kommunikation zwischen der Ladeeinrichtung und einer angeschlossenen Batterie bzw. einem angeschlossenem Elektrofahrzeug herzustellen. Unter der Kom munikation zwischen der Ladeeinrichtung und der Batterie/dem Elektrofahrzeug ist insbesondere das Übertragen von Ladedaten zwischen der Ladeeinrichtung und der Batteriesteuerung zu verstehen. Das Übertragen der Ladedaten kann mit Hilfe des ersten Signals, des zweiten Signals und des Kommunikations signals erfolgen. Diese Kommunikation kann dazu dienen, der Batterie oder der Batteriesteuerung oder dem Elektrofahrzeug eine Ladeinformation von der Ladeeinrichtung bereitzustellen. Es kann im Rahmen der Kommunikation auch eine Ladeinformation von dem Elektrofahrzeug/der Batteriesteuerung an die Ladeein richtung übertragen werden. Diese Ladeinformation umfasst beispielsweise eine Angabe über die Bereitschaft des Fahr- zeugs, Energie bzw. elektrischen Strom aufzunehmen. Sie kann auch dazu dienen, Ladeparameter (z.B. eine maximale Spannung des lieferbaren elektrischen Stroms oder einen Ladezustand der Batterie) zu bestimmen und/oder zu ändern sowie eine Au- thentifizierung des Fahrzeugs und/oder eine Zertifikatsüber prüfung durchzuführen.

Die Ladeinformation kann der Batterie/dem Elektrofahrzeug mit Hilfe des Kommunikationssignals über den Anschluss des Lade punkts übermittelt werden. Der Anschluss des Ladepunkts dient insbesondere nur zur Übertragung des Kommunikationssignals. Zum Aufladen der Batterie kann z.B. ein separater Ladean schluss oder Ladepin an dem Ladepunkt vorgesehen sein, durch welchen elektrischer Strom an die Batterie übertragen werden kann .

Unter dem Erzeugen des Kommunikationssignals wird insbesonde re ein Aufmodulieren des zweiten Signals auf das erste Signal verstanden. Das Kommunikationssignal ist insbesondere eine Überlagerung des ersten und des zweiten Signals. Das erste Signal ist insbesondere ein Wechselspannungssignal. Zum Er zeugen des Kommunikationssignals kann das zweite Signal in jedem der Ladepunkte kapazitiv mit dem ersten Signal gekop pelt werden. Hierzu kann jeder Ladepunkt einen Kondensator aufweisen, der die erste Kommunikationsleitung und die zweite Kommunikationsleitung miteinander verbindet. Der Kondensator ist insbesondere ein Kopplungskondensator, der für Hochfre- guenzsignale, z.B. für das zweite Signal, durchlässig ist aber für Niederfreguenzsignal , zum Beispiel für das erste Signal, undurchlässig ist. Der Kondensator kann derart ge wählt werden, dass er das zweite Signal durchlässt, aber das erste Signal nicht.

Die erste und die zweite Kommunikationsleitung können Kabel sein, die jeweils das erste und das zweite Signal von der Signalerzeugungseinrichtung, die diese Signale erzeugt, an die jeweiligen Ladepunkte übertragen. Jeder Ladepunkt weist eine vorbestimmte Impedanz auf, die durch den vorbestimmten Widerstand erzeugt wird. Dieser vor bestimmte Widerstand ist insbesondere seriell entlang der ersten Kommunikationsleitung geschaltet, um die Spannung des ersten Signals anzupassen.

In Ausführungsformen ist der vorbestimmte Widerstand einge richtet, die Spannung des ersten Signals bei Anschließen ei ner Batterie/eines Fahrzeugs an den Anschluss zu Reduzieren. Unter dem Anpassen der Spannung des ersten Signals wird ins besondere ein Reduzieren der Spannung des ersten Signals bei Anschließen einer Batterie/eines Fahrzeugs an den Anschluss gemeint. Der vorbestimmte Widerstand ist insbesondere zum An passen der Impedanz einer Spannungsquelle des ersten Signals geeignet .

Der vorbestimmte Wert des vorbestimmten Widerstands ist ins besondere durch einen Standard für die Kommunikation zwischen der Ladeeinrichtung und der Batterie/des Elektrofahrzeugs vorgegeben. Dieser Standard kann der Standard IEC 61851, ins besondere die Version IEC 61851-1, 3. Auflage, Februar 2017, sein. Dieser Standard schreibt insbesondere vor, dass die Spannung des ersten Signals durch einen Widerstand mit einem vorgegebenen Wert belastet werden muss. In der beschriebenen Steuervorrichtung wird dieser standardgemäße Widerstand ins besondere in jedem einzelnen Ladepunkt vorgesehen, indem in jedem Ladepunkt ein vorbestimmter Widerstand angeordnet wird. Der vorbestimmte Widerstand kann dabei dem standardkonformen Widerstand entsprechen. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass mehrere Fahrzeuge an einer einzigen standardkonformen Ladeeinrichtung aufgeladen werden können. Der vorbestimmte Widerstand kann z.B. ein lkü-Widerstand sein.

In der beschriebenen Steuervorrichtung sind insbesondere meh rere Ladepunkte an einer einzigen Signalerzeugungseinrichtung vorgesehen. Dadurch kann erreicht werden, dass sowohl das erste als auch das zweite Signal nur einmalig erzeugt werden muss. Das erste und das zweite Signal können durch mehrere Ladepunkte als ein Kommunikationssignal an mehrere Batte rien/Elektrofahrzeuge übertragen werden. Die Ladeeinrichtung kann dadurch insbesondere mit mehreren Batte

rien/Elektrofahrzeugen gleichzeitig kommunizieren.

Somit kann die Steuervorrichtung die Kommunikation bzw. den Datenaustausch mit mehreren Batterien/Elektrofahrzeugen gleichzeitig unterstützen, ohne für jeden Ladepunkt eine ei gene Signalerzeugungseinrichtung vorzusehen. Dieses ist vor teilhaft, weil die Signalerzeugungseinrichtung häufig ein komplexes Bauteil ist, das einen Mikrocontroller umfasst. Dadurch, dass die Steuervorrichtung eine einzige Signalerzeu gungseinrichtung umfasst kann die Steuervorrichtung einfacher und kostengünstiger hergestellt werden.

Mikrocontroller sind nicht nur aufwendig herzustellen, son dern auch nicht so hitzebeständig wie Widerstände, Kondensa toren und elektrische Leitungen. Tatsächlich sind Mikrocon troller wegen des PN-Übergangs im Silizium nur bis circa 105°C beständig. Aufgrund des elektrischen Stroms kann es in den Ladepunkten jedoch zu höheren Temperaturen kommen, wes halb es nicht erwünscht ist, den Mikrocontroller in den Lade punkten vorzusehen. Die Bauteile, die in der beschriebenen Steuervorrichtung Teil des Ladepunkts sind, insbesondere der Kondensator zum kapazitiven Koppeln des zweiten Signals mit dem ersten Signal, der vorbestimmte Widerstand und die elektrischen Leitungen zum Leiten der Signale, sind auch bis Temperaturen von 200°C beständig. Indem der Mikrocontroller entfernt von den Ladepunkten vorgesehen wird, kann verhindert werden, dass dieser bei zu hohen Temperaturen geschädigt wird .

Der vorbestimmte Widerstand ist insbesondere derart nahe am Fahrzeug angeordnet, dass eine Unterdrückung von unerwünsch ten Störungen in der Signalübertragung erfolgen kann. Wäre der vorbestimmte Widerstand im Bereich der Signalerzeugungs einrichtung vorgesehen, würden wegen der Länge der ersten und zweiten Kommunikationsleitungen häufig Störungen in den über- tragenen Signalen auftreten. Die Störungen können z.B. durch eine Stromversorgungsleitung eingekoppelt werden. Da ein Ab stand zwischen dem Ladepunkt und der Batterie kleiner als ein Abstand zwischen der Signalerzeugungseinrichtung und der Bat terie ist, ist es vorteilhaft, den vorbestimmten Widerstand in den jeweiligen Ladepunkten vorzusehen. Dadurch können Stö rungen reduziert werden.

Anders ausgedrückt, kann die Strecke mit einer hohen Impe danz, also die Strecke zwischen dem vorbestimmten Widerstand und dem Fahrzeug, kurz gehalten werden, weil der vorbestimmte Widerstand in den jeweiligen Ladepunkten vorgesehen ist.

Dadurch können die Störungen klein gehalten werden. Die Stre cke mit einer niedrigen Impedanz, also die Strecke zwischen der Signalerzeugungseinrichtung und den jeweiligen vorbe stimmten Widerständen, kann dabei groß bleiben.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst jeder Ladepunkt ein Be lastungselement, welches dazu eingerichtet ist, das zweite Signal derart zu belasten, dass ein Pegel des zweiten Signals unabhängig davon, ob die Batterie an dem Ladepunkt ange schlossen ist oder nicht, konstant bleibt.

Der Pegel des zweiten Signals bei angeschlossener Batterie ist somit insbesondere derselbe, wie wenn keine Batterie an geschlossen ist. Anders ausgedrückt, bleibt ein Pegel des zweiten Signals konstant. Dieses führt dazu, dass Vorgänge an einem Ladepunkt, z.B. das Koppeln/Entkoppeln einer Batterie, keine Rückwirkungen auf die anderen Ladepunkte und/oder keine Rückwirkungen auf die Signalerzeugungseinrichtung haben. Das zweite Signal bleibt insbesondere dasselbe, unabhängig davon, wie viele Batterien an der Ladeeinrichtung gekoppelt sind.

Das Belastungselement kann das zweite Signal genauso stark belasten, wie ein üblicher interner Widerstand der Batte rie/des Elektrofahrzeugs. Bei dem internen Widerstand handelt es sich insbesondere um einen Widerstand der Batterie/der Fahrzeugs, der auf einer Kommunikationsseite der Batterie/des Fahrzeugs und nicht auf einer Leistungsseite der Batterie/der Fahrzeugs liegt. Das Belastungselement kann beispielsweise ein Dämpfungselement, insbesondere ein Widerstand sein. Es kann sich dabei um einen veränderlichen Widerstand handeln, welcher insbesondere an die Leitung des zweiten Signals zu- schaltbar ist.

In Ausführungsformen weist jeder Ladepunkt einen zuschaltba- ren Widerstand auf, der zwischen der zweiten Kommunikations leitung und Masse schaltbar ist. Der zuschaltbare Widerstand ist dabei insbesondere ein Belastungselement. Der zuschaltba re Widerstand beträgt insbesondere denselben Wert, wie der übliche interne Widerstand der Batterie/des Elektrofahrzeugs. Der Wert des zuschaltbaren Widerstands kann z.B. 50W betra gen. Der zuschaltbare Widerstand wird insbesondere in einem Zustand, in dem keine Batterie/kein Fahrzeug an dem Ladepunkt angeschlossen ist, zwischen der zweiten Kommunikationsleitung und Masse zugeschaltet. Der zuschaltbare Widerstand belastet dabei das zweite Signal insbesondere genauso stark wie es der interne Widerstand einer angeschlossenen Batterie/eines ange schlossenen Fahrzeugs belasten würde.

Es ist auch denkbar, das zweite Signal aus dem Kommunikati onssignal auszukoppeln und das ausgekoppelte Signal zu belas ten, insbesondere mit einem zuschaltbaren Widerstand zu be lasten .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Signalerzeu gungseinrichtung und die mehreren Ladepunkte physikalisch, insbesondere räumlich, voneinander getrennte Einrichtungen. Das heißt z.B., dass die Signalerzeugungseinrichtung von den mehreren Ladepunkten trennbar ist. Insbesondere sind die La depunkte distanziert von der Signalerzeugungseinrichtung an geordnet .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste Signal ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) und/oder das zweite Signal ist ein Power Line Communication Signal (PLC-Signal) . Das erste Signal, das zweite Signal und das Kommunikations signal können zum Übertragen von Daten verwendet werden. Das PWM-Signal ist insbesondere ein Wechselspannungssignal mit einer ±12V-Spannung und einer 1. OOOHz-Frequenz . Das PWM- Signal kann ein Rechtecksignal sein. Das Tastverhältnis des PWM-Signals kann dabei die in dem Standard IEC 61851 bestimm te Bedeutung annehmen.

Das zweite Signal kann ein Hochfreguenzkommunikationssignal , z.B. ein PLC-Signal sein. Das PLC-Signal hat beispielsweise eine ±3V Spannung, und eine zweite Frequenz, die bedeutend höher als die erste Frequenz des ersten Signals ist. Die zweite Frequenz beträgt z.B. 2 bis 20MHz. Das PLC-Signal kann an eine bestimmte Batterie oder an ein bestimmtes Elektro fahrzeug, das an einem bestimmten Ladepunkt angeschlossen ist, adressiert sein. Das PLC-Signal wird beispielsweise ge mäß einem Internet-Protokoll übertragen. Das PLC-Signal kann in einem Headerabschnitt angeben, für welchen Ladepunkt es bestimmt ist. Das Elektrofahrzeug oder das Batterielademodul kann anhand des Headerabschnitts bestimmen, ob das auf den Headerabschnitt folgende Signal für das Elektrofahrzeug oder das Batterielademodul bestimmt ist und dieses ggf. ausle sen/berücksichtigen. Falls erkannt wird, dass das auf den Headerabschnitt folgende Signal für einen anderen Empfänger bestimmt ist, wird es beispielsweise ignoriert. Insbesondere kann das auf den Headerabschnitt folgende Signal verschlüs selt vorliegen.

Das Kommunikationssignal, dass durch das Aufmodulieren des PLC-Signals auf das PWM-Signal erzeugt wird, ist im Wesentli chen ein ±12V Rechtecksignal mit einer ersten Frequenz, auf welches ein ±3V-Signal mit einer zweiten Frequenz, die höher als die erste Frequenz ist, aufaddiert ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jeder Ladepunkt ein gerichtet, das Kommunikationssignal gemäß dem Standard IEC 61851 (insbesondere IEC 61851-1, 3. Auflage, Februar 2017), ISO 15118 (insbesondere ISO 15118-1, September 2013) und/oder SAE J1772 (insbesondere SAE J1772, Oktober 2017) an die ange schlossene Batterie zu übertragen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der vorbestimmte Wert des vorbestimmten Widerstands zwischen 0,8 und l,2kQ. In Ausführungsformen beträgt der Wert der Gesamtimpedanz genau lkQ und entspricht somit dem Standard IEC 61851.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform belastet das Belastungs element das zweite Signal mit einem Belastungswiderstand mit einem Wert zwischen 30 und 70 W, insbesondere zwischen 40 und 60 W. Bei dem Belastungswiderstand kann es sich um den zu- schaltbaren Widerstand handeln.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jeder Ladepunkt ein gerichtet, in einem Zustand, in dem keine Batterie an dem La depunkt angeschlossen ist, das Belastungselement zwischen der zweiten Kommunikationsleitung und Masse zuzuschalten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jeder Ladepunkt als Teil eines Ladekabels und/oder eines Steckers zum Laden von Batterien für Elektrofahrzeuge ausgebildet. Jeder Ladepunkt kann in einem Ladekabel oder in einem Stecker, z.B. in einem Stecker des Typs 1, 2, 3 oder 4, integriert sein. Die Stecker können ferner in den Standards IEC 62196 (insbesondere IEC 62196-1, 3. Auflage, Juni 2014), SAE J1772 (insbesondere SAE J1772, Oktober 2017) oder JEVS G105 (1993) definiert sein.

Das Ladekabel kann dabei ein Mode-1 oder Mode-2 Ladekabel sein, welches z.B. in den Standards IEC 62196, SAE J1772 oder JEVS G105 beschrieben wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Anschluss ein Control-Pilot-Kontakt/Pin einer Steckdose für das Laden von Batterien für Elektrofahrzeuge, insbesondere einer Typ-1- Steckdose, einer Typ-2-Steckdose, oder einer Combo-Steckdose, oder ein Control-Pilot-Kontakt eines Steckers für das Laden von Batterien für Elektrofahrzeuge, insbesondere eines Typ-1- Steckers, eines Typ-2-Steckers oder eines Combo-Steckers. Die Stecker und Steckdosen können ferner in den Standards IEC 62196, SAE J1772 oder JEVS G105 definiert sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist jeder Ladepunkt ferner zumindest einen Stromversorgungsanschluss zum Versor gen der angeschlossenen Batterie mit elektrischem Strom auf. Die Stromversorgungsleitung zum Versorgen der Batterie mit elektrischem Strom verläuft insbesondere parallel zu den ers ten und zweiten Kommunikationsleitungen und kann in einem selben Ladekabel wie diese vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst zumindest ein Ladepunkt eine Detektionseinrichtung mit einer Spannungsmess einrichtung, die dazu eingerichtet ist, unter Berücksichti gung einer gemessenen Spannung des Kommunikationssignals zu bestimmen, ob eine Batterie für Elektrofahrzeuge an dem An schluss angeschlossen ist oder nicht.

Die Spannungsmesseinrichtung kann insbesondere eine Spannung des Kommunikationssignals, das der Batterie über den An schluss bereitgestellt wird, messen. Die Spannungsmessein richtung kann beispielsweise als ein Fenster-Discriminator ausgebildet sein. Die Spannungsmesseinrichtung kann z.B. das Zuschalten des zuschaltbaren Widerstands steuern.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste Signal ein PWM-Signal mit einer Spannung zwischen +11V und +13V, insbe sondere mit einer Spannung von ±12V, und einer Frequenz zwi schen 900 und 1100Hz, insbesondere von 1000Hz.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern ei ner Ladeeinrichtung zum Laden von Batterien für Elektrofahr zeuge mit einer Steuereinrichtung gemäß dem ersten Aspekt o- der gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts vorge schlagen . Die für die vorgeschlagene Steuervorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.

Das Verfahren umfasst insbesondere die Schritte:

Erzeugen eines ersten Signals mit einer ersten Frequenz und eines zweiten Signals mit einer zweiten Frequenz, welche höher als die erste Frequenz ist (mit einer Signalerzeugungs einrichtung) ;

Übertragen des ersten Signals (von der Signalerzeugungs einrichtung) an mehrere Ladepunkte über eine erste Kommunika tionsleitung;

Übertragen des zweiten Signals (von der Signalerzeugungs einrichtung) an die mehreren Ladepunkte über eine zweite Kom munikationsleitung;

kapazitives Koppeln des zweiten Signals mit dem ersten Signal zum Erzeugen eines Kommunikationssignals in den jewei ligen Ladepunkten, wobei jeder Ladepunkt einen Anschluss zum Anschließen einer Batterie für ein Elektrofahrzeug und zum Übertragen des Kommunikationssignals an die an dem Anschluss angeschlossene Batterie umfasst, und wobei jeder Ladepunkt einen vorbestimmten Widerstand mit einem vorbestimmten Wert zum Anpassen einer Spannung des ersten Signals aufweist.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Einrich tung die Durchführung des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt oder gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts veran lasst. Die programmgesteuerte Einrichtung ist insbesondere die Steuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß ei ner Ausführungsform des ersten Aspekts.

Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm- Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B.

Speicherkarte , USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form ei ner herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertra- gung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammpro dukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.

Gemäß einem vierten Aspekt wird eine Ladeeinrichtung zum La den von Batterien für Elektrofahrzeuge, welche die Steuervor richtung gemäß dem ersten Aspekt oder gemäß einer Ausfüh rungsform des ersten Aspekts umfasst.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der je weiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfin dung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgen den beschriebenen Ausführungsbeispiele. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Be zugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Steuervorrichtung für eine Ladeeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2, 3 und 4 zeigen Beispiele für einen zeitlichen Ablauf eines ersten Signals, eines zweiten Signals und eines Kommu nikationssignals;

Fig. 5 zeigt eine Steuervorrichtung für eine Ladeeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 6 zeigt eine Steuervorrichtung für eine Ladeeinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform; und

Fig. 7 zeigt ein Beispiel für einen Schaltkreis, der ein Elektrofahrzeug und eine Steuervorrichtung gemäß der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform umfasst. In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.

Die Fig. 1 zeigt eine Steuervorrichtung 1 für eine Ladeein richtung 2 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Steuerein richtung 1 ist Teil der Ladeeinrichtung 2. Sie umfasst vier Ladepunkte 6a - 6d mit jeweils einem Anschluss 8a - 8d. An jeden Anschluss 8a - 8d kann eine Batterie 10 für ein Elekt rofahrzeug 9 (oder ein Elektrofahrzeug 9) angeschlossen wer den .

In der Fig. 1 sind beispielhaft nur an den Anschlüssen 8a und 8d Batterien 10, 10' für Elektrofahrzeuge 9, 9' angeschlos sen. Hierzu wird jeweils ein Ladekabel 29, 29' fahrzeugseitig über einen fahrzeugseitigen Stecker 31, 31' und ladeeinrich tungsseitig über einen Ladestecker 30, 30' verwendet. Als Elektrofahrzeuge 9, 9' sind in der Fig. 1 Elektroautos darge stellt. An den Anschlüssen 8b und 8c ist nichts angeschlos sen .

Jeder Anschluss 8a - 8d ist als ein Control-Pilot-Kontakt ei ner Typ-2-Steckdose ausgebildet, welcher zur Kommunikation zwischen der Ladeeinrichtung 2 und einem an dem Anschluss 8a - 8d angeschlossenen Elektrofahrzeug 9, 9' oder einer an dem

Anschluss 8a - 8d angeschlossenen Batterie 10, 10' vorgesehen ist. Jeder Ladepunkt 6a - 6d weist ferner auch noch einen nicht dargestellten Stromversorgungsanschluss auf, über den die angeschlossene Batterie 10, 10' mit elektrischem Strom versorgt werden kann.

Die Steuervorrichtung 1 umfasst eine Signalerzeugungseinrich tung 3, die ein erstes Signal S1 sowie ein zweites Signal S2 erzeugt. Das erste Signal S1 wird als ein pulsweitenmodulier tes Rechtecksignal (PWM-Signal) mit einer Spannung von +12V und einer ersten Frequenz von 1.000Hz erzeugt. Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf des PWM- Signals Sl. In jeder Periode P hat das PWM-Signal für eine vorbestimmte Dauer PI eine +12V-Spannung und für die restli che Zeit P2 eine -12V-Spannung. Das Tastverhältnis der vorbe stimmten Dauer PI, P2 zur Dauer einer Periode P ist in der Fig. 2 als eine Prozentzahl angegeben. Diese Prozentzahl gibt mögliche Modi für das Laden von Batterien 10 an.

Das zweite Signal S2 wird als ein PLC-Signal erzeugt, welches einen Spannungshub von ±3V bei einer zweiten Frequenz von 2 - 20MHz hat, die also deutlich höher als die erste Frequenz des ersten Signals S1 ist. Die Fig. 3 zeigt ein Beispiel für ei nen zeitlichen Ablauf des PLC-Signals S2.

Die Steuervorrichtung 1 umfasst eine erste Kommunikationslei tung 4, die das PWM-Signal S1 an jeden der Ladepunkte 6a - 6d überträgt, sowie eine zweite Kommunikationsleitung 5, die das PLC-Signal S2 an jede der Ladepunkten 6a - 6d überträgt.

Jeder Ladepunkt 6a - 6d umfasst einen Kondensator 7, 7', 7'', 7 ' ' ' zum kapazitiven Koppeln der ersten und der zweiten Kom munikationsleitung 4, 5, um das PLC-Signal S2 mit dem PWM- Signal S1 zu verknüpfen. Hierbei wird das PLC-Signal S2 auf das PWM-Signal S1 aufmoduliert, um ein Kommunikationssignal KS zu erzeugen. Dieses kann über eine dritte Kommunikations leitung 26, 26', 26'', 26''' an die jeweiligen Anschlüsse 8a - 8d übertragen werden. Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel für ei nen zeitlichen Verlauf des Kommunikationssignals KS . Dieses weist im Wesentlichen die Form des ersten Signals S1 mit Va riationen, die dem PLC-Signal S2 entsprechen, auf.

Das Kommunikationssignal KS enthält eine Ladeinformation, die von der Signalerzeugungseinrichtung 3 an das Fahrzeug 9, 9' übertragen wird. Diese Ladeinformation ermöglicht insbesonde re ein Durchführen von Ladefunktionen, wie zum Beispiel das Aushandeln und Ändern von Ladeparametern (Spannung, Phase usw.) , eine Authentifizierung, ein Zertifikatsmanagement und/oder eine Zertifikatsüberprüfung. Der Kondensator 7, 7', 7'', 7''' ist derart gewählt, dass er für das PLC-Signal S2 durchlässig ist, aber für das PWM- Signal S1 undurchlässig ist.

Das PWM-Signal S1 entspricht dem Standard IEC 61851. Um die sem Standard zu entsprechen, ist in jedem Ladepunkt ein vor bestimmter Widerstand 12, 12', 12'', 12''' vorgesehen, der eine Spannung des PWM-Signals S1 auf der ersten Kommunikati onsleitung 4 anpasst. Der vorbestimmte Widerstand 12, 12', 12'', 12''' hat dabei einen vorbestimmten Wert von lkQ. Der vorbestimmte Widerstand 12, 12', 12'', 12''' ist derart in der ersten Leitung 4 angeordnet, dass er beim Anschließen der Batterie 10, 10' an den Anschluss 8a, 8d die Spannung des PWM-Signals S1 reduziert. Dadurch wird auch die Spannung des Kommunikationssignals KS in der dritten Leitung 26, 26''' re duziert .

Dadurch, dass die jeweiligen vorbestimmten Widerstände 12,

12', 12'', 12''' sich in den Ladepunkten 6a - 6d befinden und somit nahe an dem Fahrzeug 9, 9' sind, können Störungen in der Kommunikation zwischen der Ladeeinrichtung 2 und der Bat terie 10, 10 '/dem Elektrofahrzeug 9, 9' reduziert werden.

Die in der Fig. 1 dargestellte Steuervorrichtung 1 weist nur eine einzige zentrale Signalerzeugungseinrichtung 3 auf, die ein PWM-Signal S1 und ein PLC-Signal S2 für alle Ladepunkte 8a - 8d erzeugt. Dadurch kann die Steuervorrichtung 1 einfach hergestellt werden, weil sich alle komplexen Bauteile in der als Mikrocontroller ausgestalteten Signalerzeugungseinrich tung 3 befinden und nur einmal benötigt werden. Ferner kann mit der Steuervorrichtung 1 vorteilhaft mit mehreren Batte rien 10, 10 ' /Elektrofahrzeugen 9, 9' gleichzeitig kommuni ziert werden.

Die Fig. 5 zeigt einen Teil einer Steuervorrichtung 100 für die Ladeeinrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Die Steuervorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Steuervorrichtung 1 gemäß der ers- ten Ausführungsform durch die im Folgenden beschriebenen As pekte. Die Signalerzeugungseinrichtung 3 umfasst einen Mikro controller 11, der ein Erzeugen des PWM-Signals S1 mit einem Rechteckspannungsgenerator 32 sowie ein Erzeugen des PLC- Signals S2 ansteuert. Der Mikrocontroller 11 steuert auch das Ausgeben eines elektrischen Stroms zum Laden der Batterien 10 (nicht dargestellt) .

In der Fig. 5 sind nur drei Ladepunkte 6a - 6c dargestellt. Die Steuervorrichtung 100 weist jedoch zumindest einen weite ren Ladepunkt 6d, insbesondere noch mehrere weiter Ladepunkte 6d auf, die ähnlich zu den Ladepunkten 6a - 6c ausgebildet sind. Jeder Ladepunkt 6a - 6c weist einen (fakultativen) zu sätzlichen Kondensator 13, 13', 13'' auf, der in den jeweili gen Ladepunkten 6a - 6d in der zweiten Kommunikationsleitung 5 vor dem Kondensator 7, 7', 7'' geschaltet ist.

Ferner weist jeder Ladepunkt 6a - 6c ein Belastungselement 16, 16', 16'' auf, welches als ein zuschaltbarer Widerstand ausgebildet ist. Dieser zuschaltbare Widerstand 16, 16', 16'' ist zwischen der zweiten Kommunikationsleitung 5 und Masse 24 schaltbar. In der Fig. 5 handelt es sich dabei um einen 50W- Widerstand. Der zuschaltbare Widerstand 16, 16', 16'' ist durch Schließen eines Schalters 15, 15', 15'' zwischen der zweiten Kommunikationsleitung 5 mit dem PLC-Signal S2 und ei nem Masseanschluss 24 schaltbar.

Falls eine Batterie 10, 10' an einem der Ladepunkte 6a - 6c angeschlossen ist, bleibt der Schalter 15, 15', 15'' des ent sprechenden Ladepunkts 6a - 6c offen. Das PLC-Signal S2 wird bei angeschlossener Batterie 10, 10' durch einen internen Wi derstand der Batterie 10, 10' oder des Elektrofahrzeugs 9, 9' belastet. Dieses wird im Folgenden in Bezug auf die Fig. 7 näher beschrieben. Der interne Widerstand hat vorzugsweise denselben Wert wie der zuschaltbare Widerstand 16, 16', 16''.

In einem zweiten Zustand, in dem keine Batterie 10, 10' an dem Anschluss 8a - 8c angeschlossen ist, wird der Schalter 15, 15', 15'' geschlossen, wodurch der zuschaltbare Wider stand 16, 16', 16'' an die zweite Kommunikationsleitung 5 mit dem PLC-Signal S2 hinzugeschaltet wird. Das Hinzuschalten des zuschaltbaren Widerstands 16, 16', 16'' dient dazu, dass die Belastung für das PLC-Signal S2 konstant bleibt. Dadurch ver ändert sich das PLC-Signal S2 nicht, wenn Batterien 10, 10' an Anschlüsse 8a - 8c angeschlossen oder entfernt werden. Ein Pegel des PLC-Signals S2 bleibt konstant.

In der Fig. 5 ist nur an dem Anschluss 8a eine Batterie 10 angeschlossen, weshalb auch nur der Schalter 15 des Lade punkts 6a geöffnet ist. Die Schalter 15', 15'' der Ladepunkte 6b und 6c sind geschlossen und die zugehörigen zuschaltbaren Widerstände 16', 16'' sind zwischen der zweiten Kommunikati onsleitung 5 mit dem PLC-Signal S2 und Masse 24 geschaltet.

Jeder Ladepunkt 6a - 6c weist eine Spannungsmesseinrichtung 14, 14', 14'' auf, die die Spannung des Kommunikationssignals KS unmittelbar vor den Anschlüssen 8a - 8c misst. Die Span nungsmesseinrichtung 14, 14', 14'' ist hierbei als ein Fens- ter-Discriminator ausgebildet. Falls keine Batterie 10, 10' an dem Anschluss 8a - 8c angeschlossen ist (Ladepunkte 6b und 6c in der Fig. 5) , beträgt die Spannung des Kommunikations signals 112V. In diesem Fall sendet die Spannungsmesseinrich tung 14', 14'' ein Steuersignal 17', 17'' an den Schalter 15', 15'', um diesen zu schließen.

Falls eine Batterie 10, 10' an dem Anschluss 8a - 8c ange schlossen ist (Ladepunkt 6a in der Fig. 5), misst die Span nungsmesseinrichtung 14 an dem entsprechenden Anschluss 8a einen Spannungsabfall des Kommunikationssignals KS auf 9V, 6V oder 3V. Dieser Spannungsabfall kann durch den vorbestimmten Widerstand 12 erzeugt werden, und dadurch, dass die Batterie 10 oder das Elektrofahrzeug 9 einen internen Widerstand auf weist, welcher in Bezug auf die Fig. 7 näher erläutert wird. Falls die Spannungsmesseinrichtung 14 einen Spannungsabfall misst, bestimmt sie, dass eine Batterie 10 an dem Anschluss 8a - 8c angeschlossen ist, und steuert ein Öffnen des Schal- ters 15 mit dem Steuersignal 17 an. Dieses ist bei dem in der Fig. 5 dargestellten Ladepunkt 6a der Fall. Falls an den La depunkten 6b und 6c eine Batterie 10, 10' angeschlossen wäre, würden die Spannungsmesseinrichtungen 14', 14'' in den ent sprechenden Ladepunkten 6b, 6c eine zur Spannungsmesseinrich tung 14 analoge Funktion durchführen.

Die Fig. 6 zeigt eine Steuervorrichtung 101 für eine Ladeein richtung 2 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Steuer vorrichtung 101 unterscheidet sich von der Steuervorrichtung 100 aus der zweiten Ausführungsform dadurch, dass sie einen Ladepunkt 6e aufweist, der sich von den anderen Ladepunkten 6a, 6b unterscheidet.

Der Ladepunkt 6e weist keine Spannungsmesseinrichtung 14,

14', 14'' auf. Stattdessen wird ein mechanischer Kontakt 25 bzw. Schalter, der zum Hinzuschalten des Widerstands 16'' dient, mechanisch betätigt, wenn eine Batterie 10, 10' ent fernt wird. Der mechanische Kontakt 25 kann zum Beispiel mit einem nicht dargestellten Sensor Zusammenwirken, wobei der Sensor erkennt, ob ein Ladestecker 30 in den Anschluss 8e ge steckt wurde bzw. entfernt wurde, und ein entsprechendes Sig nal an den mechanischen Kontakt 25 weiterleitet.

Die Fig. 7 zeigt ein Beispiel für einen Schaltkreis, der ein Elektrofahrzeug 9 und eine Steuervorrichtung 1, 100, 101 ge mäß der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform umfasst. In der Fig. 7 ist die Steuervorrichtung 1, 100, 101 verein facht dargestellt.

In dem Fahrzeug 9 befindet sich, zusätzlich zur nicht darge stellten Batterie, ein Batterielademodul 28, welches eine Di ode 18, einen internen Widerstand 19, eine Messeinrichtung 20, einen fahrzeugseitigen Schalter 21 und einen fahrzeugsei tigen zuschaltbaren Widerstand 22 aufweist.

Der interne Widerstand 19 führt zu dem zuvor beschriebenen Spannungsabfall des Kommunikationssignals KS in dem Ladepunkt 6a und dazu, dass der Schalter 15 derart geöffnet wird, dass der zuschaltbare Widerstand 16 nicht zwischen der zweiten Kommunikationsleitung 5 mit dem zweiten Signal S2 und Masse 24 geschaltet wird (Fig. 5) .

Beim Anschließen der Batterie 10 an den Anschluss 8a empfängt das Batterielademodul 28 über das Ladekabel 29 das Kommunika tionssignal KS . Dieses wird mit der Messeinrichtung 20 analy siert. Die Messeinrichtung 20 misst hierzu eine Frequenz, ei ne Spannung und eine Pulsweitenmodulation des Kommunikations signals KS . In Abhängigkeit von den gemessenen Eigenschaften wählt die Messeinrichtung 20 einen bevorzugten Lademodus zum Laden der Batterie 10 und steuert hierzu mit einem fahrzeug seitigen Steuersignal 23 ein Öffnen oder Schließen des fahr zeugseitigen Schalters 21 ein, wodurch der fahrzeugseitige zuschaltbare Widerstand 22 parallel zu dem internen Wider stand 19geschaltet werden kann oder auch nicht.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar. Die Anzahl an Ladepunkten 6a - 6e an einer Ladeeinrichtung 1 ist beliebig wählbar, es sollten jedoch mindestens zwei Lade punkte an einer Ladeeinrichtung vorgesehen sein. Die Wider standswerte und Kapazitätswerte können beliebig modifiziert werden. Die Ladepunkte 6a - 6e können auch in dem Ladekabel 29 oder in dem Ladestecker 30 eingebettet sein. Sie können auch Teil einer Ladesteckdose sein. Die Frequenz und Spannung des ersten Signals, des zweiten Signals und des Kommunikati onssignals kann auch verändert werden. Insbesondere können der vorbestimmte Wert des vorbestimmten Widerstand, der Wert des zuschaltbare Widerstands, die Kapazitätswerte sowie die Signalart derart gewählt werden, dass sie auch anderen als die beschriebenen Standards zur Kommunikation zwischen Lade einrichtung und Elektrofahrzeug entsprechen. Die einzelnen Ladepunkte einer Steuervorrichtung können zudem identisch o- der unterschiedlich ausgebildet sein. Als Belastungselement können auch andere Dämpfungselemente als der beschriebene zu schaltbare Widerstand verwendet werden.