用于车辆的充电过程的通信模块的制作方法

文档序号:13451094
用于车辆的充电过程的通信模块的制作方法

本发明涉及一种用于控制电气驱动车辆的充电过程的方法和相应装置(特别是相应模块)。



背景技术:

具有电驱动装置的车辆(特别是电动车辆或混合动力车辆)包括电气蓄能器(例如电池),所述电气蓄能器可以经由车辆的充电装置连接到充电站并且被充电。为了给这样的电动车辆和/或混合动力车辆的蓄能器充电存在不同的传导式的亦即电缆连接的充电技术。在所谓的AC充电或交流充电中,充电装置位于在车辆中,所述充电装置转换直流电(也称为DC电流)以用于蓄能器充电。在充电站与车辆之间的充电电缆上传输AC或交流电流。在所谓的DC充电或直流充电中,转换直流电流以用于蓄能器充电的充电装置位于在充电站中。在充电电缆上因此传输DC或直流电流。DC充电经常也称为快速充电,因为DC充电中的充电功率在大多数情况下位于在AC充电的充电功率之上。

车辆蓄能器的充电过程的控制典型地需要在车辆与充电站之间的通信。在通信的范围中例如可以确定由充电站提供何种充电功率用于充电过程。此外有利的可以是,交换关于车辆的身份的数据、关于能量供给的数据、关于涉及的充电能量的支付的数据等,以便优化充电过程的实施。

对于在车辆与充电站之间的通信可以应用不同通信协议,其能实现不同范围的信息的交换,并且因此具有不同功能范围。在此特别是可能发生的是,车辆能够使用第一通信协议,所述第一通信协议与由充电站支持的第二通信协议不同。在此第一通信协议可以具有相比于第二通信协议受限的功能范围。



技术实现要素:

本文献致力于如下技术任务,即提供如下器件,该器件对于车辆——该车辆对于充电过程使用具有受限的功能范围的通信协议——的使用者能实现:以更有效和更舒适的方式利用由充电站提供的功能。

该任务通过独立权利要求解决。有利的实施形式此外在从属权利要求中描述。

按照第一方面描述一种用于车辆在充电站上电缆连接的充电过程的通信模块。通信模块也可以称为转换器,特别是协议转换器。对于充电过程,车辆和充电站经由充电电缆相互连接。在此通信模块可以作为充电电缆的一部分提供。特别是通信模块可以经由充电电缆的第一电缆区段与车辆连接,而经由充电电缆的第二电缆区段与充电站连接。充电站例如可以包括公共充电站和/或壁箱。车辆包括用于存储电能的蓄能器。蓄能器可以以来自充电站的电能充电。

所述车辆设置为用于经由充电电缆按照第一通信协议通信。第一通信协议可用于控制充电过程。特别是第一通信协议对于充电站能实现确定:车辆是否经由充电电缆与充电站连接。这例如可以通过充电电缆的通信线路上的电平通信。此外第一通信协议对于车辆能实现:确定最大能由充电站提供的充电功率,车辆经由充电电缆与该充电站连接。这例如可以通过在充电电缆的通信线路上的脉宽调制(PWM)信号通信。第一通信协议可以限于上述信息的交换。

所述充电站设置为用于经由充电电缆按照第二通信协议通信,其中,第二通信协议能实现如下数据的传送,所述数据不能以第一通信协议传送。特别是第二通信协议可以实现信息的传送,这些信息超出关于车辆的充电功率和连接的上述信息。

所述通信模块设置为用于按照第二通信协议从充电站接收充电站数据(例如经由充电电缆的第二电缆区段)。所述通信模块还设置为用于,如果第一通信协议能实现充电站数据的传送,那么按照第一通信协议将相应于充电站数据的数据发送给车辆。例如提供的充电功率可以通信给车辆。另一方面,所述通信模块可以设置为用于,如果第一通信协议不能实现充电站数据的传送,那么经由与充电电缆分开的传输介质将相应于充电站数据的数据发送给用户单元。

所述通信模块因此能实现:即使车辆使用第一通信协议而充电站使用与第一通信协议不同的第二通信协议,也开始在车辆与充电站之间的充电过程。这特别是通过按照第一通信协议将充电站数据转发给车辆来发生。此外,所述通信模块对于车辆的用户能实现:使用由充电站提供的附加服务。这些附加服务可以通过使用第二通信协议由单独的用户单元来配置和控制。

所述充电电缆典型地包括通信线路、特别是控制线。第一通信协议可以在通信线路上使用脉宽调制(PWM)信号来传送数据(例如用于传送所述充电功率)。特别是,第一通信协议可以实现按照IEC61851-1标准通信。另一方面,第二通信协议可以使用电力线通信来在通信线路上传送数据。特别是,第二通信协议可以实现按照ISO/IEC 15118标准经由充电电缆的通信。通信模块因此可以实现提供用于车辆的ISO/IEC 15118附加服务,该附加服务限于按照IEC61851-1标准的通信。该附加服务在此可以通过用户单元配置和/或控制。

与充电电缆分开的传输介质可以包括无线传输介质。特别是,所述通信模块可以设置为用于建立至用户单元的WLAN(无线局域网)和/或蓝牙连接。这能实现通过用户对附加服务的灵活控制。

所述用户单元可以包括用于车辆的用户的用户接口(特别是用于附加服务的配置和/或控制)。此外,用户单元可以包括软件应用。特别是用户单元可以借助于由处理器执行的软件应用来实现。如此可以提供成本有利且灵活的用户单元。例如软件应用可以提供在个人电子装置上、特别是智能电话或平板电脑上或者车辆的主机上。

所述第二通信协议可以对于经由充电电缆相互连接的充电站和车辆能实现发送或接收关于车辆的身份、关于充电过程的持续时间、关于由充电站提供的电能的特性(例如花费或多种能源)和/或关于由充电站在充电过程中提供的电能的结算的附加数据。附加数据可以用于提供附加服务、如智能充电和/或Plug&Charge。上述充电站数据例如可以包括附加数据。

附加数据可以典型地不经由第一通信协议发送或接收。通信模块然而可以设置为用于由充电站将附加数据发送给用户单元,和/或由用户单元将附加数据发送给充电站。如此可以以更高效的方式借助用户单元控制和配置附加服务,虽然这些附加服务不能通过由车辆支持的第一通信协议提供。

所述通信模块可以包括第一通信单元,其设置为用于经由充电电缆的第一电缆区段按照第一通信协议与车辆建立第一通信连接。此外,所述通信模块可以包括第二通信单元,其设置为用于经由充电电缆的第二电缆区段按照第二通信协议与充电站建立第二通信连接。此外通信模块可以包括第三通信单元,其设置为用于经由与充电电缆分开的传输介质与用户单元建立第三通信连接(例如WLAN连接)。

此外,所述通信模块可以包括控制单元,其设置为用于确定:充电站数据是否能经由第一通信协议传送给车辆。所述控制单元还可以设置为用于,必要时使得第一通信单元按照第一通信协议将相应于充电站数据的数据发送给车辆。此外控制单元可以设置为用于,必要时使得第三通信单元将相应于充电站数据的数据发送给用户单元。

所述通信模块还可以设置为用于从用户单元接收用户单元数据;并且确定:用户单元数据是否应转发给充电站。此外,所述通信模块可以设置为用于,必要时按照第二通信协议将相应于用户单元数据的数据发送给充电站。因此可以在用户单元与充电站之间交换数据,特别是以便提供用于充电过程的附加服务。

按照另一方面描述一种用于车辆在充电站上的电气充电过程的充电电缆。所述充电电缆包括:车辆侧接口(例如充电插头),其设置为用于形成至车辆的相应接口(例如充电插槽)的导电连接。此外,所述充电电缆包括在本文献中所述的通信模块。此外,所述充电电缆包括第一电缆区段,其将车辆侧接口与通信模块相连接。所述充电电缆还包括充电站侧接口(例如插头),其设置为用于形成至充电站的相应接口的导电连接。此外,所述充电电缆包括第二电缆区段,其将充电站侧接口与通信模块相连接。这样的充电电缆能实现,以更灵活和更高效的方式提供用于充电过程的附加服务,即使车辆具有受限的通信能力。

应注意的是,在该文献中所述的方法、装置和系统不仅可以单独地而且可以与其他在本文献中所述的方法、装置和系统相组合地应用。此外在该文献中所述的方法、装置和系统的每个方面可以以多种方式相互组合。特别是权利要求的特征可以以多种方式相互组合。

附图说明

此外根据实施例进一步描述本发明。图中:

图1示出用于车辆的示例性充电系统;

图2示出车辆的充电插座的插脚或接触件的示例性分配;

图3示出车辆侧的充电装置的示例性构件;

图4示出示例性的通信模块;

图5示出用于控制充电过程的示例性方法的流程图;以及

图6示出用于关于充电过程的信息的交换的示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1示出具有充电站110和车辆100的示例性充电系统的方框图。车辆100包括蓄能器(未示出),其可以以来自充电站110的电能充电。车辆100包括充电插槽101,充电电缆112的相应插头111可插接在所述充电插槽上。充电插槽101和插头111形成一个插接系统。充电电缆(112)可以与充电站110固定连接(如所示)。另一方面,充电电缆(112)可以经由插接连接与充电站110连接(例如在AC充电时)。

如图1所示,充电插槽101安装在车辆100上。充电插头111(英语:Coupler)特别是在DC充电时与充电站110经由充电电缆112固定连接。在此按照插头标准IEC 62196-3存在不同插头变型:Combo 1、Combo 2、DC-Typ1、DC-Typ 2。不仅Combo 1而且Combo 2通过相同插头结构与车辆连接。在DC-Typ1和DC-Typ 2的情况下使用用于AC和DC充电的插接系统的部分相同的插脚(亦即相同的电气接触件)。特别是在DC-Typ1插接系统的情况下用于L2/DC-和L3/DC+的接触件共同用于AC充电和DC充电。

图2示出示例性的充电插槽101,其具有多个接触件201、202、203、204、205、206、207。根据插头标准和/或根据充电类型(亦即DC充电或AC充电),接触件可以具有其他功能。例如接触件(也称为插脚)可以用于传输控制信号(并且与充电电缆112的控制线连接)。接触件201可以用于传输代理信号。接触件201、202也可以称为通信接触件,因为它们设置为用于能实现用于在充电站110与车辆100之间通信的关于充电过程的通信信号。接触件205可以用于AC电流的N线,而接触件203可以用于AC电流的第一相L1。接触件207在AC充电时可以用于AC电流的第二相L2而在DC充电时用于DC-(DC负)。类似地,接触件206可以在AC充电时用于AC电流的第三相L3而在DC充电时用于DC+(DC正)。接触件203、205、206、207可以称为功率接触件,因为它们设置为用于传输电流以用于为车辆100的蓄能器充电。接触件204可以提供接地连接。应指出的是,充电插槽101的接触件的上述分配是示例性的,并且另外的分配也是可能的。充电电缆112包括与接触件201、202、203、204、205、206、207对应的线路(或者用于接触件201、202、203、204、205、206、207的一部分)。

图3示出车辆100的用于为车辆100的蓄能器308充电的示例性构件的方框图。这些构件可以是车辆100的充电装置的一部分。车辆100包括充电插槽101、AC充电装置303、通信单元301、充电控制单元302、高压电池308、DC继电器305、306、307和电压测量装置304。AC充电装置303典型地仅仅用于AC充电。DC继电器305、306、307可以用于在DC充电的情况下直接将接触件206、207与蓄能器308耦合。AC充电装置303可以单相地(1ph)地运行(如在图3中所示)或者三相地运行(3ph)。对于三相运行,接触件207(用于第二相L2)和接触件206(用于第三相L3)附加地与AC充电装置303连接。

车辆100的充电装置可以设置为用于与充电站110按照第一通信协议通信。如结合图2所示,特别是可以通过接触件202并且通过充电电缆112的相应控制线与充电站110交换控制信号。特别是可以通过接触件202和充电电缆112中相应的线路实现控制回路,所述控制回路用于在充电站的控制单元与车辆100的通信单元301或充电控制单元302之间交换控制信号。车辆100的充电控制单元302可以设置为用于通过调节控制信号的预定电平来通知车辆100的与充电有关的状态。充电站110的控制单元可以设置为用于通过控制信号的脉宽调制(例如在7%与97%之间的占空比)通知车辆100,最大可由充电站110提供何种电流强度或充电功率。在此,控制信号可以以预定频率(例如1千赫兹)在两个预定电平之间震荡。

这样的基于电平和/或PWM的通信协议的例子是IEC 61851-1标准。该标准定义不同模式,其中特别是模式3和模式4与在充电站110上的充电相结合是相关的。特别是模式3对于在充电站110上的AC充电是相关的,而模式4对于在充电站110上的DC充电是相关的。按照IEC 61851-1标准的通信协议尽可能限制于传输车辆100状态(是否存在与充电站110的充电连接)以及限制于传输最大充电功率(借助于PWM)。

通过按照IEC 61851-1标准的单向充电通信,没有车辆数据可以通信给充电站110。特别是IEC 61851-1标准不能实现如基于激励的智能充电和Plug&Charge的功能。

为了能实现在车辆100与充电站110之间扩展的信息交换,可以应用如下通信协议,该通信协议允许在车辆100与充电站110之间交换消息。这样的通信协议的例子在ISO/IEC 15118标准中规定。ISO/IEC 15118标准使用电力线通信(PLC)来经由控制线传输数据。特别是可以基于PLC在充电站110的控制单元与车辆100的充电控制单元302之间交换数据包。

按照ISO/IEC 15118标准的通信协议能实现:在车辆100与充电站110之间交换消息,利用所述小时可以在充电站110中识别车辆100并且必要时认证。此外,充电站110可以向车辆100告知电能的成本。此外可以交换关于充电过程的持续时间和/或关于充电过程的成本的结算的信息。按照ISO/IEC 15118标准的通信协议因此能实现提供附加功能、例如时间上错开地(必要时成本优化地)实施充电过程。

车辆100和充电站110可以设置为用于应用不同通信协议。例如车辆100可以应用第一通信协议(例如按照IEC 61851-1标准),而充电站110可以应用第二通信协议(例如按照ISO/IEC 15118标准)。在此,第一通信协议可以具有相比于第二通信协议减小的功能范围。

图4示出通信模块400,所述通信模块对于车辆100的用户利用第一通信协议能实现:在使用第二通信协议的充电站110上充电时利用第二通信协议的扩展的功能范围。通信模块400设置为用于与充电站110通过第二通信协议422通信,而与车辆100通过第一通信协议421通信。特别是通信模块400包括第一通信单元401,其设置为用于与车辆100的通信单元301按照第一通信协议421建立和保持第一通信连接。此外通信模块400包括第二通信单元402,其设置为用于与充电站110(特别是与充电站110的通信单元)按照第二通信协议422建立和保持第二通信连接。

通信模块400可以是充电电缆112的一部分。特别是通信模块400可以经由充电电缆112的第一电缆区段与车辆侧的充电插头111连接。此外,通信模块400可以经由充电电缆112的第二电缆区段与充电站110或充电站侧的充电插头411连接。充电插头111、411例如可以是IEC 62196-3 Typ 1/2插头。充电电缆112可以是IEC 61851 Mode 3充电电缆(用于AC充电)。因此可以实现用于AC充电的充电过程。通信模块400可以作为硬件/软件单元设置在充电电缆112上的车辆100与充电站110之间的壳体中。

通信模块400包括控制单元404,其设置为用于能实现在第一通信单元401与第二通信单元402之间的内部通信连接。特别是可以分析处理从充电站110接收的消息,并且如果第一通信协议421能实现经由充电电缆112转发给车辆100。为此可使用相应的通信格式(亦即例如在第二通信协议422的情况下为PLC或在第一通信协议421的情况下为PWM)。类似地可以将从车辆100接收的消息/信息经由充电电缆112转发给充电站110。

控制单元404还设置为用于经由第三通信单元403建立与用户单元410的第三通信连接(例如无线通信连接,例如WLAN或蓝牙)。用户单元410可以提供用于车辆100的用户的用户接口。用户单元410特别是可以包括软件应用,其例如安装在用户的个人电子装置(例如在智能电话上)和/或在车辆100的主机上。用户单元410可以对于用户实现,输入应传送给充电站110的数据和/或接收和查看来自充电站110的数据。

通信模块400的控制单元404设置为用于将充电站110的经由第二通信协议422接收的消息转发给用户单元410。特别是可以给用户单元410发送如下消息,该消息不可以直接经由第一通信协议421发送给车辆100。例如可以转发关于充电站的附加服务的信息给用户单元410。

沿相反方向,所述控制单元404设置为用于将从用户单元410接收的数据经由第二通信协议422发送给充电站110。例如,能实现车辆100在充电站110上的识别/认证的数据可以经由用户单元410发送给充电站110。

控制单元404可以设置为用于对此能实现在充电站110与车辆100之间的直接通信,如第一通信协议421和第二通信协议422中功能的交集所能实现的那样。另一方面,仅仅通过第二通信协议422可能的功能可以通过在用户单元410与充电站110之间的连接提供。

在一个具体例子中,第一通信协议421相应于IEC 61851-1标准,而第二通信协议相应于ISO/IEC 15118标准。第一通信单元401那么设置为用于将PWM信号按照充电电缆112的控制功率设置,以便将充电站110的最大充电功率通信给车辆100。该信息之前可以从充电站110经由相应的ISO/IEC 15118消息传送给通信模块400。第二通信单元402出于该目的设置为用于与充电站110建立PLC数据连接。

按照ISO/IEC 15118标准的消息——其可能不按照IEC 61851-1标准发送给车辆100或者可能不按照IEC 61851-1标准由车辆100提供——可以发送给用户单元410或由用户单元410提供。如此尽管车辆100通信能力受限,但还是能实现如智能充电和/或Plug&Charge的功能。

通过通信模块400因此提供要加装的车辆内部的转换器或车辆外部的Mode 3电缆转换器,其能实现充电功能的简单补充。通信模块400可以设置为用于特别是关于智能充电和/或Plug&Charge解读ISO 15118消息。另一方面,通信模块400可以设置为用于按照IEC 61851-1控制AC充电过程。通信模块400的配置和控制可以通过用户单元410实现。

通信模块400能实现车辆100的有效功能扩展,其按照IEC 61851-1标准实现充电通信。特别是可以提供如Plug&Charge和/或智能充电的功能。

图5示出示例性的用于控制车辆100在充电站110上通过充电电缆112的电气充电过程的方法500的流程图。特别是可以控制AC充电过程。车辆100设置为用于经由充电电缆112按照第一通信协议421通信。充电站110设置为用于经由充电电缆112按照第二通信协议422通信。第二通信协议422在此能实现传送数据或信息,而所述数据或信息不能以第一通信协议421传送。

方法500包括按照第二通信协议422从充电站110接收501充电站数据。充电站数据在此可以特别是由在本文献中所述的通信模块400接收。此外,方法500包括确定502,第一通信协议421是否能实现充电站数据的传送。此外,方法500包括,如果确定第一通信协议421能实现充电站数据的传送,那么按照第一通信协议421将充电站数据(或相应数据)发送503给车辆100。如此可以控制直接在车辆100与充电站110之间的充电过程。此外方法500可以包括:特别是如果确定:第一通信协议421不能实现充电站数据的传送,那么经由与充电电缆112分开的传输介质(例如经由WLAN连接)将充电站数据(或相应数据)发送503给用户单元410。如此必要时通过用户单元410可以提供用于充电过程的附加服务。

图6示出示例性的用于交换关于充电过程的信息的方法600的流程图。如上所述,数据(特别是附加数据)可以从充电站110经由通信模块400发送给用户单元410。沿相反方向(并且必要时响应于从充电站110接收数据)用户单元410可以经由通信模块400将数据(例如确定的选择)发送给充电站110。方法600因此包括在通信模块400上从用户单元410接收601数据。此外,方法600包括将所述数据(典型地以如下格式,该格式符合第二通信协议422)转发给充电站110。为此通信模块400必要时可以将数据转换为第二通信协议422。因此可以借助于方法500、600实现在充电站110与用户单元410之间的双侧通信。

本发明不限于示出的实施例。特别是应注意的是,说明书和附图仅应阐明提出的方法、装置和系统的原理。

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