Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, ein solches Fahrzeug und eine mit dem Fahrzeug korrespondierende Ladevorrichtung.

Aus dem Stand der Technik sind elektrisch antreibbare Fahrzeuge bekannt, welche elektrische Energie für einen elektrischen Antrieb dieser Fahrzeuge mittels Traktionsbatterien speichern und bereitstellen. Diese Traktionsbatterien lassen sich beispielsweise in einem sogenannten AC-Lademodus und/oder einem DC- (Schnell-) Lademodus laden.

Der AC-Lademodus, in welchem dem Fahrzeug von einer externen Ladevorrichtung ein Wechselstrom zum Laden der Traktionsbatterie bereitgestellt wird, setzt einen entsprechenden AC/DC-Wandler im Fahrzeug voraus, um einen zum Laden der Traktionsbatterie geeigneten Gleichstrom zu erzeugen.

Der DC-Lademodus, in welchem dem Fahrzeug von einer externen Ladevorrichtung ein Gleichstrom zum Laden der Traktionsbatterie bereitgestellt wird, ist i. d. R. derart ausgebildet, dass eine hohe Ladungsmenge innerhalb eines möglichst kurzen Zeitraums in die Traktionsbatterie eingebracht werden kann, so dass eine schnelle Wiederverwendung des Fahrzeugs ermöglicht wird.

Zudem ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass neben einer durch die Traktionsbatterie verwendeten Spannungsebene, welche üblicherweise im Hochvoltbereich liegt, wenigstens eine weitere Spannungsebene zur Versorgung unterschiedlicher Verbraucher in Fahrzeugen eingesetzt wird. Als solche weiteren Spannungsebene werden in heutigen Fahrzeugen beispielsweise 12 V Spannungen und/oder 48 V Spannungen eingesetzt. Die weiteren Spannungsebenen werden häufig über Spannungswandler aus der Spannungsebene der Traktionsbatterie abgeleitet.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen besonders energieeffizienten Lademodus für eine Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs bereitzustellen.

Die Lösung der vorstehend identifizierten Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen. Die Traktionsbatterie kann insbesondere eine Hochvoltbatterie sein, welche vorzugsweise Spannungen bis 400 V oder Spannungen bis 800 V oder davon abweichende Spannungen bereitstellt. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Straßenfahrzeug wie ein PKW, ein LKW, ein Motorrad, ein Transporter usw. sein. In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Signal empfangen, welches eine Anforderung zum Laden der Traktionsbatterie des Fahrzeugs unter Verwendung eines ersten Lademodus' repräsentiert, wobei eine Verlustleistung, welche sich auf eine dem Fahrzeug von außerhalb des Fahrzeugs bereitgestellte Ladeleistung bezieht, im ersten Lademodus geringer ist, als in einem für das Laden der Traktionsbatterie alternativ vorgesehenen zweiten Lademodus. Unter dem ersten Lademodus soll ein erfindungsgemäßer, besonders energieeffizienter Lademodus verstanden werden, während unter dem zweiten Lademodus ein herkömmlicher Lademodus (z. B. ein AC-Lademodus, ein DC-Schnelllademodus) verstanden werden soll, welcher eine entsprechend geringere Energieeffizienz aufweist. Der erfindungsgemäße erste Lademodus soll allgemein sicherstellen, dass eine dem Fahrzeug bereitgestellte elektrische Energie zu einem möglichst hohen Anteil zum Laden der Traktionsbatterie verwendet wird, während ein möglichst geringer Anteil der bereitgestellten elektrischen Energie während des ersten Lademodus' in Verlustwärme umgewandelt wird und/oder durch Verbraucher des Fahrzeugs verbraucht wird, welche während des ersten Lademodus' aktiv sind. Eine Verlustleistung beim Laden des Fahrzeugs im ersten Lademodus ist vorteilhaft um einen vordefinierten Faktor geringer, als eine Verlustleistung beim Laden des Fahrzeugs im zweiten Lademodus. Der Faktor entspricht beispielsweise einem Wert größer als 2, bevorzugt einem Wert größer als 5 und insbesondere bevorzugt einem größer als 10, ohne den Faktor dadurch auf vorgenannte Werte einzuschränken. Das Signal, welches die Anforderung zum Laden des Fahrzeugs im ersten Lademodus repräsentiert, wird beispielsweise durch das Fahrzeug selbst und/oder durch eine abseits des Fahrzeugs angeordnete Vorrichtung und/oder durch einen Benutzer des Fahrzeugs erzeugt. Konkrete Ursprünge des Signals werden nachfolgend im Zuge der Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Das Signal wird vorzugsweise durch eine Auswerteeinheit des Fahrzeugs empfangen, welche eingerichtet ist, die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte, zum Beispiel auf Basis eines Computerprogramms, auszuführen. Die Auswerteeinheit kann ein Bestandteil einer bestehenden Komponente des Fahrzeugs (z. B. eines Batteriemanagementsystems der Traktionsbatterie und/oder eines Ladesteuergeräts des Fahrzeugs) oder eine eigenständige Komponente des Fahrzeugs sein. In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ermittelt, ob vordefinierte Randbedingungen zur Anwendung des ersten Lademodus' erfüllt sind. Geeignete Randbedingungen umfassen beispielsweise eine voraussichtlich zur Verfügung stehende zukünftige Stillstandzeit des Fahrzeugs, um sicherzustellen, dass eine ggf. erforderliche längere Ladedauer im ersten Lademodus eingehalten werden kann. Neben dieser Randbedingung kommen zahlreiche weitere Randbedingungen in Frage, welche ebenfalls im Zuge der Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben werden. In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Traktionsbatterie im ersten Lademodus geladen, sofern die vordefinierten Randbedingungen erfüllt sind und andernfalls wird die Traktionsbatterie im zweiten Lademodus geladen, wobei die bereitgestellte Ladeleistung im ersten Lademodus und im zweiten Lademodus jeweils über eine erste elektrische Leitung bereitgestellt wird. Die erste elektrische Leitung ist vorteilhaft ein Bestandteil eines Ladekabels, welches zur Verbindung des Fahrzeugs mit einer externen Ladevorrichtung (z. B. eine Ladesäule, eine „Wall- Box“ usw.) geeignet ist. Es sei allgemein darauf hingewiesen, dass auch ein Wechsel vom ersten Lademodus zum zweiten Lademodus oder vom zweiten Lademodus zum ersten Lademodus während eines einzelnen Ladevorgangs den erfindungsgemäßen Vorteil des energieeffizienten Ladens erzeugen kann, insbesondere dann, wenn der zeitliche Anteil der Verwendung des ersten Lademodus am Gesamten Ladevorgang entsprechend hoch ist. Ein solcher Wechsel zwischen den Lademodi kann beispielsweise sinnvoll und/oder erforderlich sein, wenn sich die vorstehend genannten Randbedingungen während eines aktuell durchzuführenden Ladevorgangs ändern. Eine solche Änderung kann beispielsweise eine unvorhergesehene vorzeitige Nutzung des Fahrzeugs darstellen, welche die für den ersten Lademodus erforderliche Stillstandzeit des Fahrzeugs so stark verkürzt, dass der Ladevorgang nicht im ersten Lademodus beendet werden kann.

Besonders vorteilhaft wird die geringere Verlustleistung (d. h., ein höherer Wirkungsgrad) im ersten Lademodus dadurch erreicht, dass ein Ladestrom zum Laden der Traktionsbatterie so eingestellt wird, dass ein vordefinierter Betriebstemperaturbereich für die Traktionsbatterie auf Basis einer rein passiven Kühlung der Traktionsbatterie eingehalten wird. Mit anderen Worten wird ein Anteil der für das Laden der Traktionsbatterie nutzbaren elektrischen Energie dadurch erhöht, dass eine aktive Kühlung der Traktionsbatterie, welche zusätzliche elektrische Energie benötigen würde, nicht erforderlich ist. Hierfür wird vorzugsweise eine bereits vorhandene Temperatursensorik der Traktionsbatterie verwendet, um auf Basis von Temperaturmessungen mittels dieser Sensorik einen jeweils geeigneten Ladestrom einstellen zu können. Vorteilhaft wird in diesem Zusammenhang sichergestellt, dass ein vordefinierter maximal zulässiger Betriebstemperaturbereich der Traktionsbatterie nicht oder nur kurzzeitig überschritten wird, um eine Verschlechterung und/oder eine Beschädigung der Traktionsbatterie durch die Anwendung des ersten Lademodus' zu vermeiden. Besonders vorteilhaft wird hierbei sichergestellt, dass darüber hinaus ein vordefinierter Sicherheitsabstand zu den Grenzen des maximal zulässigen Betriebstemperaturbereichs der Traktionsbatterie nicht oder nur kurzzeitig überschritten wird. Alternativ oder zusätzlich wird die geringere Verlustleistung im ersten Lademodus dadurch erreicht, dass eine Temperatur der Traktionsbatterie so eingestellt wird, dass eine Impedanz der Traktionsbatterie verringert (bevorzugt minimiert) wird und/oder dass die Traktionsbatterie nur bis zum Erreichen eines vordefinierten Ladezustandes geladen wird, welcher niedriger ist, als ein maximal möglicher Ladezustand der Traktionsbatterie (z. B. bis zu 80 % oder 90%), da eine Ladeeffizienz ab einem bestimmten Ladzustand abnimmt. Die optimale Betriebstemperatur zur Reduzierung der Impedanz der Batterie (und somit zur Reduzierung einer impedanzverursachten Verlustleistung der Traktionsbatterie) wird beispielsweise einer vordefinierten Kennlinie und/oder einem Kennfeld und/oder einer Tabelle entnommen, welche(s) einen Temperatur- /Impedanzzusammenhang der Traktionsbatterie repräsentiert. Ggf. kann es sinnvoll sein, die Temperatur so einzustellen, dass nicht die minimale Impedanz der Traktionsbatterie erreicht wird, sondern eine unter Berücksichtigung weiterer Einflussgrößen bestmögliche Annäherung an die optimale Impedanz der Traktionsbatterie. Eine solche Einflussgröße kann beispielsweise ein zur Verfügung stehender Ladezeitraum sein. Weiter alternativ oder zusätzlich wird die geringere Verlustleistung im ersten Lademodus dadurch erreicht, dass eine erste vordefinierte Gruppe von Verbrauchern des Fahrzeugs, welche für eine automatische Steuerung und/oder eine automatische Überwachung des Ladens der Traktionsbatterie erforderlich ist, aktiviert wird oder aktiv gehalten wird, während eine von der ersten Gruppe abweichende zweite Gruppe von Verbrauchern während des ersten Lademodus' deaktiviert wird oder inaktiv gehalten wird. Vorteilhaft werden hierbei sämtliche Verbraucher des Fahrzeugs, welche nicht der ersten Gruppe von Verbrauchern zugeordnet sind deaktiviert, ohne dadurch darauf beschränkt zu sein. Ggf. können erforderliche Fahrzeugfunktionen, die nicht im Zusammenhang mit dem Ladevorgang selbst stehen, aber zur Sicherstellung eines einwandfreien Betriebs des Fahrzeugs und/oder zur Wiederaufnahme eines Betriebs des Fahrzeugs (z. B. eine Zugangssteuerung) erforderlich sind, dauerhaft und/oder temporär in eine für den Ladebetrieb erforderliche Komponente verlagert und/oder in einer für den Ladebetrieb erforderlichen elektrischen Komponente redundant ausgelegt werden, sodass eine entsprechend geringere Anzahl elektrischer Komponenten bzw. Steuergeräte des Fahrzeugs während des ersten Lademodus' aktiv gehalten bzw. aktiviert werden muss. Darüber hinaus kann eine wie vorstehend beschriebene Verlagerung von Funktionen in für den Ladebetrieb erforderliche elektrische Komponenten auch eine Verlagerung und/oder redundante Auslegung von Funktionen eines Ladesteuergeräts des Fahrzeugs (welches beispielsweise Informationen mit einer externen Ladevorrichtung zur Durchführung eines Ladevorgangs austauscht) in ein Batteriemanagementsystem der Traktionsbatterie und/oder in eine davon abweichende Komponente umfassen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die zweite Gruppe von Verbrauchern eine vordefinierte Gruppe von Verbrauchern. Die zweite Gruppe von Verbrauchern kann beispielsweise hinsichtlich einer jeweiligen Funktionalität und/oder einer Relevanz und/oder einer Höhe eines Verbrauchs vordefiniert sein. Alternativ oder zusätzlich wird die zweite Gruppe von Verbrauchern in Abhängigkeit aktueller und/oder zukünftiger Randbedingungen und/oder in Abhängigkeit einer voraussichtlichen zukünftigen Nutzung des Fahrzeugs (z. B. eine zukünftige erforderliche Erwärmung eines Innenraums des Fahrzeugs kurz vor einem Fahrtantritt) vor und/oder während des Ladens dynamisch angepasst.

Vorzugsweise umfasst die zweite Gruppe von Verbrauchern elektrische Leistungswandler (z. B. zur Wandlung einer Ladespannung für die Traktionsbatterie auf eine Niederspannung bzw. Kleinspannung) und/oder Klimasteuergeräte und/oder Kommunikationssteuergeräte und/oder Unterhaltungssteuergeräte und/oder Steuergeräte für einen autonomen oder teilautonomen Fährbetrieb des Fahrzeugs, ohne dadurch auf vorstehend genannte Kategorien von Verbrauchern eingeschränkt zu sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine während des ersten Lademodus' verwendete Ladeleistung eine abseits des Fahrzeugs bereitgestellte DC-Ladeleistung, welche hinsichtlich ihrer elektrischen Kenngrößen unverändert zum Laden der Traktionsbatterie verwendbar ist. Mit anderen Worten wird die Ladeleistung zum Laden der Traktionsbatterie derart bereitgestellt, dass keine zusätzliche Leistungswandlung (z. B. mittels eines DC/DC-Wandlers) innerhalb des Fahrzeugs erforderlich ist, um die Traktionsbatterie mittels dieser zu laden. Dies vermeidet evtl. Energieverluste beim Laden im ersten Lademodus durch Verlustwärme, die beim Wandeln von elektrischer Leistung auftritt.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden während des ersten Lademodus' aktive Niederspannungsverbraucher, die ausgelegt sind, mit einer vordefinierten Niederspannung betrieben zu werden, mittels einer abseits des Fahrzeugs bereitgestellten Spannung versorgt, welche der vordefinierten Niederspannung entspricht und welche über eine von der ersten elektrischen Leitung abweichende zweite elektrische Leitung bereitgestellt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass auf diese Weise auch mehr als eine Niederspannungslage bereitgestellt werden kann, indem jeweils zusätzliche elektrische Leitungen (z. B. dritte, vierte, usw.) vorgesehen werden. Unter den hier beschriebenen Niederspannungsverbrauchern sollen insbesondere Kleinspannungsverbraucher im Spannungsbereich bis zu 12 V und/oder bis zu 48 V und/oder bis zu 60 V verstanden werden, ohne dadurch eine Einschränkung auf diese Spannungsbereiche vorzunehmen. Grundsätzlich sind an dieser Stelle Verbraucher des Fahrzeugs betroffen, welche mit einer Spannungslage betrieben werden, die von der Spannungslage der Traktionsbatterie abweicht. Durch das externe Bereitstellen der erforderlichen Niederspannung entfällt die Notwendigkeit, entsprechende Spannungswandler im Fahrzeug während des ersten Lademodus' aktiv zu halten bzw. zu aktivieren, wodurch eine durch die Spannungswandler erzeugte Verlustleistung im ersten Lademodus nicht mehr im Fahrzeug selbst erzeugt wird. Dies bietet den Vorteil, dass keine aktive Kühlung für eine solche Wandlung im Fahrzeug angewendet werden muss, welche elektrische Energie benötigt und dadurch den Wirkungsgrad beim Laden des Fahrzeugs entsprechend verschlechtert. Vorzugsweise wird die in einer abseits des Fahrzeugs angeordneten Ladevorrichtung erzeugbare Niederspannung, welche dem Fahrzeug über die zweite Leitung bereitgestellt werden kann, derart erzeugt, dass eine ggf. erforderliche Kühlung beim Erzeugen der Niederspannung vollständig oder zumindest anteilig passiv erfolgt. Die Verlagerung der Spannungswandlung während des ersten Lademodus' vom Fahrzeug in eine solche Ladevorrichtung bietet u. a. den Vorteil, dass eine Kühlung innerhalb der externen Ladevorrichtung mit höherer Flexibilität erfolgen kann, da bezüglich einer externen Ladevorrichtung i. d. R. weniger kritische Anforderungen an eine Größe und/oder Ausprägung eines solchen Wandlers und/oder an eine passive Kühlung diesbezüglich gestellt werden.

Die Randbedingungen zur Verwendung des ersten Lademodus' umfassen vorzugsweise die vorstehend genannte, zukünftige Mindeststillstandzeit des Fahrzeugs, welche insbesondere in Abhängigkeit einer aktuellen und/oder zukünftigen Temperatur der Traktionsbatterie ermittelt wird. Durch das Berücksichtigen der Temperatur lässt sich entsprechend sicherstellen, dass eine elektrische Energie verbrauchende aktive Kühlung der Traktionsbatterie nicht erforderlich ist. In Abhängigkeit der aktuellen Temperatur der Traktionsbatterie kann beispielsweise entschieden werden, ob ein Ladevorgang gemäß dem ersten Lademodus unmittelbar nach Abstellen des Fahrzeugs erfolgen kann oder erst zu einem späteren Zeitpunkt, zu dem die Batterie auf eine erforderliche Temperatur abgekühlt ist. Alternativ oder zusätzlich umfassen die Randbedingungen vorzugsweise aktuelle und/oder zukünftige Umgebungstemperaturen, welche insbesondere beim Ermitteln der aktuellen und/oder zukünftigen Temperatur der Traktionsbatterie Berücksichtigung finden können. Alternativ oder zusätzlich können ein aktueller Ladezustand und ein Zielladezustand als Randbedingungen berücksichtigt werden. Je nachdem, ob diesbezüglich eine hohe Ladungsmenge in die Batterie während des Ladevorgangs einzubringen ist oder nicht, kann zum Beispiel ermittelt werden, ob eine voraussichtliche zukünftige Stillstandzeit des Fahrzeugs unter Berücksichtigung der Umgebungstemperaturen ausreicht, um den ersten Lademodus anzuwenden. Besonders vorteilhaft wird alternativ oder zusätzlich das Vorhandensein einer Einflussmöglichkeit zur Reduzierung der Umgebungstemperatur der Traktionsbatterie als Randbedingung berücksichtigt. Eine solche Einflussmöglichkeit kann beispielsweise mittels eines Umfelderkennungssystems des Fahrzeugs ermittelt werden, welches beispielsweise passive Lüftungs- und/oder Kühlungsmöglichkeiten in Form öffenbarer Garagenfenster und/oder öffenbarer Garagentüren und/oder im Umfeld vorhandener Schattenplätze usw. automatisch ermitteln kann. Im Ansprechen auf ein solches Ermitteln, kann beispielsweise ein Hinweis an einen Benutzer des Fahrzeugs ausgeben werden, welcher den Benutzer darüber informiert, dass die Traktionsbatterie mittels des ersten, d. h. des energieeffizienten Lademodus' geladen werden kann, sofern zusätzlich noch eine ermittelte Möglichkeit zur Kühlung der Traktionsbatterie während des Ladevorgangs durch den Benutzer bereitgestellt wird. Der Hinweis kann zudem einen konkreten Handlungsvorschlag für den Benutzer beinhalten (z. B., das Garagentor öffnen oder das Fahrzeug im Schatten abstellen, usw.). Eine solche Hinweismeldung wird dem Benutzer des Fahrzeugs beispielsweise beim Abstellen des Fahrzeugs und/oder beim Abschließen des Fahrzeugs in einem Display des Fahrzeugs und/oder in einem informationstechnisch mit dem Fahrzeug gekoppelten tragbaren Benutzerendgerät (z. B. Smartphone, Tablet, Smart-Watch, usw.) ausgegeben. Alternativ oder zusätzlich können solchermaßen ermittelte Einflussmöglichkeiten, welche darüber hinaus auch über eine Kommunikation des Fahrzeugs mit Smart- Home-Steuergeräten (z. B. eines automatischen Garagentorantriebs) usw. ermittelt werden können, verwendet werden, um das Fahrzeug und/oder dessen Umgebung automatisch anzupassen, um erforderliche Randbedingungen zum Laden im ersten Lademodus herzustellen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Smart-Home- Garagentorantrieb durch das Fahrzeug zum Öffnen angesteuert werden, wenn eine Temperatur der Traktionsbatterie während des Ladens zu stark ansteigt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, dass das Fahrzeug, sofern es einen (teil-) autonomen Fährbetrieb und eine geeignete Ladekabellänge aufweist, automatisch in einen schattigen und/oder besser belüfteten Bereich manövriert wird.

Vorteilhaft wird das Signal mittels einer Benutzereingabe und/oder automatisch auf Basis einer Nutzungshistorie des Fahrzeugs und/oder auf Basis einer aktuellen Position des Fahrzeugs und/oder auf Basis einer aktuellen Uhrzeit und/oder auf Basis von Kalenderdaten eines Benutzers des Fahrzeugs erzeugt. Die manuelle Anforderung des ersten Lademodus' kann beispielsweise zusätzlich unterstützt werden, indem dem Benutzer zu einem geeigneten Zeitpunkt (z. B. beim Abstellen des Fahrzeugs) ein Hinweis ausgebeben wird (beispielsweise gemäß vorstehend beschriebenen Möglichkeiten zur Ausgabe eines Hinweises an einen Benutzer), welcher den Benutzer darauf hinweist, dass auf Basis einer automatisch ermittelten voraussichtlichen zukünftigen Stillstandzeit des Fahrzeugs und/oder in Abhängigkeit weiterer Randbedingungen ein Ladevorgang im ersten Lademodus möglich ist. Ein automatisches Erzeugen des Signals kann beispielsweise immer dann erfolgen, wenn eine Ladevorrichtung mit dem Fahrzeug elektrisch gekoppelt wird, welche eingerichtet ist, den ersten Lademodus zu unterstützen (z. B. mittels einer zweiten Spannungslage über die zweite Leitung).

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches eine Auswerteeinheit aufweist, die eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren nach vorstehender Beschreibung auszuführen. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o. ä., ausgestaltet sein. Die Merkmale, Merkmalskombinationen sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs weist das Fahrzeug eine Ladeschnittstelle mit einem ersten elektrischen Anschluss und einem zweiten elektrischen Anschluss auf, wobei das Fahrzeug eingerichtet ist, über die Ladeschnittstelle mit einer korrespondierenden Ladeschnittstelle einer abseits das Fahrzeugs angeordneten Ladevorrichtung (z. B. Ladesäule, „Wall- Box“) elektrisch verbunden zu werden, über den ersten elektrischen Anschluss eine Ladeleistung zum Laden einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs entgegenzunehmen und über den zweiten elektrischen Anschluss eine Niederspannung entgegenzunehmen und diejenigen Niederspanungsverbraucher des Fahrzeugs mittels der Niederspannung zu versorgen, welche während eines Ladebetriebs der Traktionsbatterie aktiv sind. Die erste elektrische Leitung und die zweite elektrische Leitung sind bevorzugt in ein und demselben Ladekabel angeordnet. Die erste elektrische Leitung und die zweite elektrische Leitung weisen jeweils zwei elektrische Leiter (Hin- und Rückleiter) auf, welche für jeweilige zu übertragende elektrische Leistungen ausgelegt sind und welche beispielsweise aus Kupfer und/oder Aluminium und/oder einem davon abweichenden elektrisch leitenden Material ausgebildet sind. Die Ladeschnittstelle des Fahrzeugs ist vorzugsweise in Form eines Steckers mit einem vordefinierten Steckergesicht ausgebildet, in welchem jeweilige Kontakte für die erste Leitung und die zweite Leitung vorgesehen sind.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ladevorrichtung (z. B. in Form einer Ladesäule, einer „Wall-Box“, usw.) vorgeschlagen, welche eine Ladeschnittstelle mit einem ersten elektrischen Anschluss und einem zweiten elektrischen Anschluss und eine passive Kühlvorrichtung aufweist. Die Ladevorrichtung ist eingerichtet, über die Ladeschnittstelle mit einer korrespondierenden Ladeschnittstelle eines Fahrzeugs, insbesondere eines vorstehend beschriebenen Fahrzeugs, verbunden zu werden, über den ersten elektrischen Anschluss eine Ladeleistung bereitzustellen, welche zum Laden einer Traktionsbatterie eines mit der Ladeschnittstelle elektrisch koppelbaren Fahrzeugs geeignet ist und über den zweiten elektrischen Anschluss eine Niederspannung bereitzustellen, welche zur Versorgung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers eines mit der Ladevorrichtung elektrisch koppelbaren Fahrzeugs geeignet ist. Die Niederspannung ist vorzugsweise eine Niederspannung, wie sie im Zuge der vorstehenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens definiert wurde. Eine über den ersten elektrischen Anschluss bereitgestellte Spannung unterscheidet sich dabei von der über den zweiten elektrischen Anschluss bereitgestellten Spannung. Zudem ist die Ladevorrichtung eingerichtet, die an der Bereitstellung der Niederspannung beteiligten Komponenten der Ladevorrichtung, welche in einem aktiven Betrieb der Ladevorrichtung einen Kühlbedarf aufweisen, mittels der passiven Kühlvorrichtung zu kühlen. Die Kühlvorrichtung ist zum Beispiel als Kühlkörper mit einer Vielzahl von Kühlrippen ausgebildet und zum Zweck einer effizienten Wärmeableitung bevorzugt teilweise und/oder vollständig an einer Außenseite der Ladevorrichtung angeordnet. Dies soll aber eine Anordnungsmöglichkeit innerhalb eines Gehäuses der Ladevorrichtung nicht ausschließen, welche insbesondere in Verbindung mit einer geeigneten Anzahl und/oder Größe in einer Gehäusewandung der Ladevorrichtung angeordneter Luftschlitze ebenfalls zu einer ausreichenden passiven Kühlung der Ladevorrichtung führen kann. Die Ladeschnittstelle der Ladevorrichtung ist vorzugsweise analog zur Ladeschnittstelle des Fahrzeugs in Form eines Steckers mit einem Steckergesicht ausgebildet, welches mit dem Steckergesicht der Ladeschnittstelle des erfindungsgemäßen Fahrzeugs korrespondiert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

Figur 1 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Figur 2 eine schematische Übersicht über Komponenten eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung.

Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Laden einer Traktionsbatterie 10 eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 20. Im Schritt 100 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit 25 des Fahrzeugs, welche hier als Mikrocontroller ausgebildet ist, ein Signal empfangen, welches eine Anforderung zum Laden der Traktionsbatterie 10 des Fahrzeugs 20 unter Verwendung eines ersten Lademodus' repräsentiert, wobei eine Verlustleistung, welche sich auf eine dem Fahrzeug 20 von außerhalb des Fahrzeugs 20 bereitgestellte Ladeleistung bezieht, im ersten Lademodus geringer ist, als in einem für das Laden der Traktionsbatterie 10 alternativ vorgesehenen zweiten Lademodus. Das Signal wird hier im Ansprechen auf eine Eingabe eines Benutzers des Fahrzeugs 20 in einem Touch-Display des Fahrzeugs 20 ausgelöst, da der Benutzer in diesem Fall beabsichtigt, das Fahrzeug 20 über Nacht mittels des erfindungsgemäßen ersten Lademodus' zu laden. Im Schritt 200 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels der Auswerteeinheit 25 ermittelt, ob vordefinierte Randbedingungen zur Anwendung des ersten Lademodus' erfüllt sind. Die Randbedingungen umfassen hier eine zukünftige Mindeststillstandzeit, eine aktuelle Temperatur der Traktionsbatterie 10 und einen voraussichtlichen Temperaturverlauf einer Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 20, welcher auf Basis einer Wettervorhersage automatisch ermittelt wird. Auf Basis der Randbedingungen wird durch die Auswerteeinheit 25 ermittelt, ob die zukünftige Mindeststillstandzeit, welche auf Basis einer Nutzungshistorie des Fahrzeugs 20 automatisch ermittelt wird, ausreichend ist, um einen vordefinierten Zielladezustand der Traktionsbatterie 10 zu erreichen, ohne dabei eine aktive Kühlung der Traktionsbatterie 10 einsetzen zu müssen. Da die Mindeststillstandzeit in diesem Fall ausreichend ist, wird die Traktionsbatterie 10 mittels des ersten Lademodus' geladen, sobald der Benutzer des Fahrzeugs 20 eine Ladeschnittstelle 70 des Fahrzeugs 20 mit einer Ladeschnittstelle 90 einer mit dem Fahrzeug 20 korrespondierenden Ladevorrichtung 80 verbindet.

Figur 2 zeigt eine schematische Übersicht über Komponenten eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 20 in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung 80. Das Fahrzeug 20 weist eine Traktionsbatterie 10 auf, welche eingerichtet ist, einem elektrischen Antriebsmotor 15 des Fahrzeugs 20 eine elektrische Energie bereitzustellen. Das Fahrzeug 20 weist zudem ein Lademodul 67 auf, welches eine erfindungsgemäße Auswerteeinheit 25 umfasst. Das Lademodul 67 ist einer ersten Gruppe 40 von Verbrauchern des Fahrzeugs 20 zugeordnet, welche während eines Ladens der Traktionsbatterie 10 unter Verwendung eines erfindungsgemäßen ersten Lademodus ¹ aktiv gehalten wird, um den Ladevorgang zu steuern und zu überwachen. Das Fahrzeug 20 weist ferner eine zweite Gruppe 45 von Verbrauchern auf, welche durch die Auswerteeinheit 25 während des ersten Lademodus' deaktiviert wird. Die zweite Gruppe 45 von Verbrauchern umfasst hier einen elektrischen Leistungswandler 50, welcher eingerichtet ist, ein Klimasteuergerät 60 und ein Unterhaltungssteuergerät 65 des Fahrzeugs 20, welche ebenfalls der zweiten Gruppe 45 von Verbrauchern zugeordnet sind, mit einer elektrischen Leistung zu versorgen, welche der Traktionsbatterie 10 entnommen wird und in eine für die zweite Gruppe 45 von Verbrauchern geeignete Leistung gewandelt wird. Durch das Deaktivieren der zweiten Gruppe 45 von Verbrauchern wird eine maximale Energieeffizienz beim Laden der Traktionsbatterie 10 erzielt, da keine unnötigen Verbraucher des Fahrzeugs 20 aktiv sind. Eine Versorgung des Lademoduls 67 und der darin enthaltenen erfindungsgemäßen Auswerteeinheit 25 wird über eine Ladeschnittstelle 70 des Fahrzeugs 20 sichergestellt. Die Ladeschnittstelle 70 weist einen ersten elektrischen Anschluss 72 zum Laden der Traktionsbatterie 10 und einen zweiten elektrischen Anschluss 74 zum Versorgen der ersten Gruppe 40 von Verbrauchern während des ersten Lademodus ¹ auf. Mittels einer ersten elektrischen Leitung 30 und mittels einer zweiten elektrischen Leitung 35 eines Ladekabels 38 sind die elektrischen Anschlüsse 72, 74 des Fahrzeugs 20 jeweils eingerichtet, mit korrespondierenden elektrischen Anschlüssen 92, 94 einer Ladeschnittstelle 90 der Ladevorrichtung 80 verbunden zu werden. Die Ladevorrichtung 80 weist einen Leistungswandler 82 auf welcher eingerichtet ist, eine Netzspannung eines Stromnetzes 98 in eine für die Traktionsbatterie 10 geeignete Ladeleistung zu wandeln und diese über die erste elektrische Leitung 30 bereitzustellen. Die Ladevorrichtung 80 verfügt zudem über einen Niederspannungswandler 84, welcher eingerichtet ist, die Netzspannung in eine Niederspannung in Höhe von 12 V zu wandeln und diese über die zweite elektrische Leitung 35 bereitzustellen. Vorteilhaft ist der Niederspannungswandler 84 thermisch mit einer passiven Kühlvorrichtung 96 gekoppelt, welche eine Vielzahl von Kühllamellen aufweist und welche an einer Außenseite eines Gehäuses der Ladevorrichtung 80 angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine Energieeffizienz im ersten Lademodus zusätzlich verbessert, da die Versorgungsspannung für das Lademodul 67 während des ersten Lademodus' nicht mittels des elektrischen Leistungswandlers 50 des Fahrzeugs 20 gewandelt werden muss, wodurch ein Energieverlust aufgrund einer hierfür erforderlichen aktiven Kühlung entfällt. Bezugszeichenliste:

10 Traktionsbatterie

20 Fahrzeug

25 Auswerteeinheit

30 erste elektrische Leitung

35 zweite elektrische Leitung

40 erste Gruppe von Verbrauchern

45 zweite Gruppe von Verbrauchern

50 elektrischer Leistungswandler

60 Klimasteuergerät

65 Unterhaltungssteuergerät

67 Lademodul

70 Ladeschnittstelle des Fahrzeugs

72 erster elektrischer Anschluss der Ladeschnittstelle des Fahrzeugs

74 zweiter elektrischer Anschluss der Ladeschnittstelle des

Fahrzeugs

80 Ladevorrichtung

90 Ladeschnittstelle der Ladevorrichtung

92 erster elektrischer Anschluss der Ladeschnittstelle der

Ladevorrichtung

94 zweiter elektrischer Anschluss der Ladeschnittstelle der

Ladevorrichtung

96 passive Kühlvorrichtung

100 bis 300 Verfahrensschritte