DE102015215403A1 - Communication when charging a battery of a motor vehicle with a charging station - Google Patents
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Abstract
Die Anmeldung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zum Signalisieren (L1, L2) von Signalen (S0, Sig1, Sig2, Sig3, Sig4) betreffend ein induktives Laden (2, 4; 3) einer Batterie (6) eines Kraftfahrzeugs (Kfz), mit einer eine Primärspule (2) aufweisenden Batterie-Ladestation (1) und/oder einem eine Sekundärspule (4) aufweisenden Kraftfahrzeug (Kfz), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung überdies (2, 4) zum Signalisieren (7a, 7b; 2, 4) von Signalen (Sig1, Sig2, Sig3, Sig4) an der Batterie-Ladestation (1, 7b) und/oder am Kraftfahrzeug (Kfz, 7a) jeweils mindestens je eine Signalisierungs-Spule (L1, L2) aufweist.The application relates to methods and apparatus for signaling (L1, L2) signals (S0, Sig1, Sig2, Sig3, Sig4) relating to inductive charging (2, 4, 3) of a battery (6) of a motor vehicle (motor vehicle) a battery charging station (1) having a primary coil (2) and / or a motor vehicle (motor vehicle) having a secondary coil (4), characterized in that the device also (2, 4) for signaling (7a, 7b; ) of signals (Sig1, Sig2, Sig3, Sig4) at the battery charging station (1, 7b) and / or on the motor vehicle (motor vehicle, 7a) each have at least one signaling coil (L1, L2).
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs. The invention relates to methods and devices for charging a battery of a motor vehicle.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtungen zur Kommunikation für ein Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs zu optimieren. Die Aufgabe wird jeweils durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Einige besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben. Ausgestaltungen der Erfindung können insbesondere eine effiziente Kommunikation zum Unterstützen eines Ladens eines Kraftfahrzeugs ermöglichen, z.B. durch eine induktive Übertragung von Signalen und/oder Transaktionscodes über Signalisierungsspulen. An object of the invention is to optimize communication methods and apparatus for charging a battery of a motor vehicle. The object is achieved in each case by the subject matter of the independent patent claims. Some particularly advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims and the description. In particular, embodiments of the invention may enable efficient communication to assist in charging a motor vehicle, e.g. by an inductive transmission of signals and / or transaction codes via signaling coils.
Weitere Merkmale und Vorteile einiger vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Dabei zeigt zur Veranschaulichung von einigen möglichen Ausgestaltungen der Erfindung, jeweils vereinfachend schematisch:Further features and advantages of some advantageous embodiments of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention with reference to the drawing. In this case, to illustrate some possible embodiments of the invention, each simplifying schematically:
Nach zumindest intern bekanntem Stand der Technik wird seit einiger Zeit das drahtlose Laden, insbesondere das induktive Laden von Batterien für Kraftfahrzeuge (vor-)entwickelt. Hierbei wird die Energie mittels des Transformatorprinzips über Strecken von wenigen Zentimetern bis zu ca. 20 cm übertragen. Dabei kann zwischen den Spulen je nach Abstand, Aufbau und Leistung ein ziemlich großes magnetisches Feld entstehen. Je schlechter die beiden Spulen, die äußere Bodenspule und die fahrzeugseitige Unterbodenspule, aufeinander ausgerichtet sind, desto größer kann das magnetische Streufeld (EMV) werden, und desto größer kann die magnetische Belastung für Menschen werden und/oder desto weniger Leistung kann in das Fahrzeug übertragen werden; außerdem wird der Wirkungsgrad des Übertragungssystems schlechter.
Die Spulen sollen sich daher bis auf wenige Zentimeter Abweichung (z.B. 8 cm) finden bzw. müssen entsprechend gut fluchten. Ist dies bis zu einem minimal erlaubten Wirkungsgrad nicht möglich, soll ein Laden erst gar nicht begonnen werden oder auch nicht fortgeführt werden, falls dies während des Ladens passiert.The coils should therefore find themselves to a few centimeters deviation (for example, 8 cm) or must be aligned accordingly well. If this is not possible up to a minimum permitted efficiency, a store should not be started at all, or it should not be continued if this happens during loading.
Aus einer zumindest intern bekannten, gerade diskutierten, neu entstehenden Norm (im Entwurfsstadium) für induktives Laden ist bekannt, dass aus o.g. Gründen ein sogenanntes Fine-Positioning vom Auto durchgeführt werden soll. Dies geschieht in Verbindung mit der Ladestation, indem beide, Auto und Ladestation, ein sog. Alignment-Signal austauschen. Dieses ist also eine Überprüfung, um festzustellen, ob die beiden Spulen entsprechend gut übereinander ausgerichtet sind. Kommt das Alignment-Signal von einer Spule auf die andere zu schwach oder gar nicht durch, ist von einer schlechten Spulenausrichtung auszugehen und der Ladevorgang wird nicht gestartet oder gar abgebrochen. Zwar könnte durch Überwachung der übertragenen Leistung auch ein Verlust von Leistung und damit ein schlechter Wirkungsgrad festgestellt werden, allerdings soll der zeitlich vorgelagerte Alignment-Test vor Aufschalten des Magnetfeldes die Funktionstüchtigkeit des Systems überprüfen. Eine exakte Beschreibung der Funktion der Alignment-Prozedur ist in der derzeitigen Normenfassung nicht beschrieben. Im Folgenden sollen erfindungsgemäße Ausgestaltungen einer Auslegung eines Alignment-Signals (z.B. eines Signals zur Kontrolle der Ausrichtung der Primärspule und der Sekundärspule) bzw. Point to Point Kommunikation (auch P2PC genannt) z.B. zwischen Modulen
Eine Idee einer Ausgestaltung der Erfindung ist es, eine galvanisch getrennte und von den Leistungs-Übertragungsspulen (
An idea of an embodiment of the invention is to provide a galvanically isolated and from the power transmission coils (
Eine induktive Datenübertragung in diesem Frequenzbereich mit Spulendurchmessern von z.B. 0,1–0,5 Metern kann z.B. eine sehr kleine Windungszahl (z.B. weniger als zehn, insbesondere ein bis vier Windungen) erlauben. An inductive data transmission in this frequency range with coil diameters of e.g. 0.1-0.5 meters can e.g. allow a very small number of turns (e.g., less than ten, especially one to four turns).
Wie
Einige Ausgestaltungen der Erfindung streben einerseits eine (Minimal-)Kommunikation in Anlehnung an die Low-Level-Kommunikation der
In
Wie in
Um den induktiven Informationsaustausch zu bewerkstelligen sind hier sowohl Sender Trans als auch Empfänger Rec mit Signalisierungs-Spulen L1 bzw. L2 ausgestattet bzw. verbunden. In Kombination mit den Kondensatoren Cl und C2 bilden beide Module jeweils einen Schwingkreis. Hier sei angemerkt, dass die Schwingkreise auch z. B. als Parallelschwingkreise oder eine Mischung aus Serien- und Parallelschwingkreis ausgebildet sein können. Die Resonanzfrequenzen der Schwingkreise werden dabei hier auf einige wenige MHZ ausgelegt um von dem LF Signal der Energieübertragung (
Über Signalisierungsspulen (L1, L2) können durch eine induktive Übertragung insbesondere ein oder mehrere (auch TAC genannte) Transaktionscode(s) in Signalen Sig0–Sig4 übertragen werden, z.B. Transaktionscodes betreffend:
- – eine geplante, laufende oder beendete Batterie-Lade-Transaktion (
3 ) und/oder - – eine Identifikation des Kraftfahrzeugs (Kfz), und/oder
- – eine Identifikation der Ladestation (
1 ), und/oder - – (Sig0) eine Parkplatzzuweisung, und/oder
- – (Sig1) eine Parkplatznummer, und/oder
- – (Sig2) einen vom Kraftfahrzeug (Kfz) und/oder einer Ladestation (
1 ) erlaubten maximalen Ladestrom, und/oder - – (Sig3) einen vom Kraftfahrzeug (Kfz) und/oder einer Ladestation (
1 ) gewünschten Ladestrom, und/oder - – (Sig4) eine vom Kraftfahrzeug (Kfz) gewünschte Ladeschlussspannung und/oder aktuelle Spannung am Kraftfahrzeug (Kfz).
- A planned, ongoing or terminated battery charging transaction (
3 ) and or - - An identification of the motor vehicle (motor vehicle), and / or
- - an identification of the charging station (
1 ), and or - - (Sig0) a parking space allocation, and / or
- - (Sig1) a parking lot number, and / or
- - (Sig2) one from the motor vehicle (motor vehicle) and / or a charging station (
1 ) allow maximum charging current, and / or - - (Sig3) one from the motor vehicle (motor vehicle) and / or a charging station (
1 ) desired charging current, and / or - - (Sig4) a desired by the motor vehicle (motor vehicle) end load voltage and / or current voltage on the motor vehicle (motor vehicle).
Parkt ein Fahrzeug Kfz mit seiner Ladespule
Wie
Anhand u.a.
Das Kraftfahrzeug Kfz will den Ladevorgang beginnen und meldet sich daher schon aus einer gewissen Entfernung (–30m) mittels WLAN (
The motor vehicle wants to start the charging process and therefore already reports from a certain distance (-30m) by means of WLAN (
Wie in
As in
In
Z.B. durch in
Z. B. hat sich das Kraftfahrzeug Kfz bereits über WLAN an der Ladestation angemeldet und sendet daraufhin ein Signal und/oder einen TAC über eine Point to Point Verbindung über Signalisierungsspulen L1, L2 aus. Ist die Ladestation
For example, the motor vehicle has already registered via WLAN at the charging station and then sends out a signal and / or a TAC via a point-to-point connection via signaling coils L1, L2. Is the charging
Folglich kann nicht nur der Sender (Trans) sondern auch der Empfänger (Rec) seinem jeweiligen Gegenüber (= Trans) Informationen durch Signale (Si2) zukommen lassen. Die Kommunikation kann folglich bidirektional erfolgen und zwar z.B. vollduplex.Consequently, not only the transmitter (Trans) but also the receiver (Rec) can respective counterpart (= Trans) information by signals (Si2) to send. The communication can therefore be bidirectional, for example full duplex.
Beispielhafte Kommunikationsmöglichkeiten wären: Vom Sender (Trans) an den Empfänger sind folgende, auch in Kombinationen mögliche:
- – Der Sender (Trans) arbeitet mit einer konstanten HF-Trägerfrequenz. Durch die Änderung der An- und Auszeiten der NF-Pulse werden die Informationen/Bits (z.B. Stromstärke und Spannungshöhe) an den Empfänger (Rec) weitergeleitet (CW).
- – Der Sender (Trans) sendet mit einem konstanten Pulspausenverhältnis der NF (Niederfrequenz). Durch die Änderung der NF werden die Informationen an den Empfänger Rec weitergeleitet. Die Frequenz am Ausgang seines (Rec) Demodulators Demod ändert sich (z.B. Als Frequency Shift Keying, FSK).
- – Die Informationen werden sowohl in einem variablen Pulspausenverhältnis als auch in einer variablen Frequenz kodiert (beide oberen Fälle gleichzeitig).
- – Schließlich kann bereits der Sender (Trans) mit konstanter Frequenz und konstantem Puls-Pausen-Verhältnis die Sendeamplitude ändern, wodurch auch die Amplitude des Empfängers beeinflusst wird (AM).
- – Außerdem kann die Information auch in diesem Anwendungsfall als Manchester-Code (Phasenmodulation)übertragen werden.
- – Das Senden der Informationen erfolgt in einem fest vorgegebenen Protokoll, wobei
die logischen Werte 1 und 0 als Informationsträger verwendet werden. Hierfür wäre ein Protokoll ähnlich einem RS232 Protokoll vorstellbar. (z.B. Startbit, Bitreihenfolge und Checkbit). - – Alternativ kann zwecks Vereinfachung des beidseitigen Signalaustausches statt eines fest vorgegebenen Protokolls der Sender (Trans) einen Aufwärts- oder Abwärtszähler, beginnend beim niederwenigsten oder höchstwertigen definierten Zählerstand starten. Der Zählerstand entspräche beispielsweise dem gewollten und/oder festgestellten Ladestrom. Z.B. ist an dem Zeitpunkt, an dem der Empfänger Rec ein Antwortsignal setzt (z.B. Bestätigungsbit), der richtige Ladestrom erreicht.
- - The transmitter (Trans) operates at a constant RF carrier frequency. By changing the on and off times of the LF pulses, the information / bits (eg current and voltage level) are forwarded to the receiver (Rec) (CW).
- - The transmitter (Trans) transmits with a constant pulse pause ratio of the NF (low frequency). By changing the NF, the information is forwarded to the receiver Rec. The frequency at the output of its (demodulator) demodulator Demod changes (eg as Frequency Shift Keying, FSK).
- The information is coded both in a variable pulse pause ratio and in a variable frequency (both upper cases at the same time).
- - Finally, the transmitter (Trans) with constant frequency and constant pulse-pause ratio already change the transmission amplitude, whereby the amplitude of the receiver is affected (AM).
- - In addition, the information can also be transmitted in this application as Manchester code (phase modulation).
- - The transmission of information takes place in a fixed protocol, the
1 and 0 are used as information carrier. For this purpose, a protocol similar to an RS232 protocol would be conceivable. (eg start bit, bit order and check bit).logical values - Alternatively, in order to simplify the bilateral signal exchange, instead of a fixed protocol, the transmitter (Trans) can start an up or down counter, starting at the lowest or most significant defined counter reading. The meter reading would correspond, for example, to the desired and / or determined charge current. For example, at the point in time at which the receiver Rec sets a response signal (eg confirmation bit), the correct charging current is reached.
Kommunikation vom Empfänger Rec an den Sender Trans:
Durch eine Veränderung schaltbarer Widerstände (Rra, Rrb, Rrc) können dem Kraftfahrzeug Kfz verschiedene Ladezustände signalisiert werden.Communication from the receiver Rec to the transmitter Trans:
By changing the switchable resistors (Rra, Rrb, Rrc), different states of charge can be signaled to the motor vehicle.
Wird ein Protokoll verwendet, könnten Widerstands-Zuschaltungen schaltbarer Widerstände (Rra, Rrb, Rrc) und/oder Abschaltungen schaltbarer Widerstände (Rra, Rrb, Rrc), also die Amplitudenänderungen zudem als Acknowledge (Eingangsbestätigung/Akzeptanzsignal) dienen.If a protocol is used, resistor connections of switchable resistors (Rra, Rrb, Rrc) and / or switches of switchable resistors (Rra, Rrb, Rrc), ie the amplitude changes, could also serve as an acknowledge (acknowledgment of receipt / acceptance signal).
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich der Sender Trans im Kraftfahrzeug Kfz befindet und der Empfänger Rec des Blockschaltbildes sich in der (Boden-)Spule
In einigen o.g. Informationsübertragungen kann es sinnvoll sein, Werte nahe Null oder "Vollausschlag" (100%) zu vermeiden, um die tatsächliche Information deutlich von einer fehlenden Information oder einer Fehlfunktion besser unterscheiden zu können, weil ein Dauerstrich/Dauersignal, der auch 100% bedeuten könnte, nicht von einer nicht funktionierenden Modulation unterschieden würde. Z.B. verwendet man nur Werte zwischen 5 und 95%.In some o.g. Information transmissions may make sense to avoid values near zero or "full scale" (100%) in order to better distinguish the actual information from a missing information or malfunction, because a continuous / continuous signal, which could also be 100%, would not be distinguished from a non-functioning modulation. For example, one uses only values between 5 and 95%.
Mögliche weitere Merkmale und Vorteile können auch folgende sein:
Eine bidirektionale, induktive Datenübertragung, wobei die induktive Schnittstelle L1–L2 unabhängig (nicht leitend angebunden) von der Leistungsübertragungsschnittstelle 2–4 ist, jedoch in diese (wie z.B. in
A bidirectional, inductive data transmission, wherein the inductive interface L1-L2 is independent (non-conducting) from the power transmission interface 2-4, but in this (such as in
Besonders vorteilhaft kann es sein, diese Kommunikationselektronik ECU mit der einer Luftspaltüberwachung zusammenzulegen und/oder gemeinsam in die energieübertragenden Hauptspulen
- F1 eine unterschiedliche Anzahl von Bits zu einer aktiven Ruhephase,
- F2 acht Bits von der Ladestation SE, 1 in einer Synchronisierungsphase,
- F3 ein Bit vom Elektrofahrzeug EV, Kfz zu einem Kommunikationstyp LLC/MMC,
- F4 drei Bits von der Ladestation SE betreffend ein Ramp-Up (Ansteigen) eines Stroms,
- F5 drei Bits vom Elektrofahrzeug EV betreffend eine Fortführung eines Leistungstransfers (
3 ), - F6 ein Bit betreffend eine Parity (z.B. zur Fehlersicherung im Code)
- F7 zwei Bits betreffend einen Stop.
- F1 a different number of bits to an active rest phase,
- F2 eight bits from the charging station SE, 1 in a synchronization phase,
- F3 one bit from the electric vehicle EV, automotive to a communication type LLC / MMC,
- F4 three bits from the charging station SE concerning a ramp-up (rise) of a current,
- F5 three bits of the electric vehicle EV regarding a continuation of a power transfer (
3 ) - F6 a bit concerning a parity (eg for error protection in the code)
- F7 two bits concerning a stop.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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