用于充电站的功能扩展模块的制作方法

1.本发明涉及一种用于充电站的功能扩展模块和用于其运行的方法。


背景技术：

2.目前，可外部充电的电动车辆(例如phev，bev)主要通过ac(“交流电”)和dc(“直流电”)来充电。在车辆具有较长的停车时间(在家、在工作地点等)的情况下，ac充电尤其是优选的，因为充电功率(典型地：3.3kw
–
22kw)小于在dc充电的情况下的充电功率。车辆主要在需要更快充电的地点并且例如在必须经过较长的路程时利用直流电充电(充电功率从50kw起)。这是带有固定充电桩的专用充电点，例如在高速公路服务区，在购物时等。
3.多种不同的辅助工具在此辅助驾驶员找到下一个充电点。通过在车辆中的移动应用程序或人机交互界面(mmi)，可以根据路线或希望的行驶目的地寻找充电桩、充电方式、充电插头和最小的充电功率。较新的车辆系统自动地根据车辆的路线和能量消耗确定，优选应行驶至哪个充电桩，以便确保尽可能高效的或快速的旅程。
4.大多数充电桩当前并不向中央系统(例如数据库服务器)传输状态，驾驶员、移动应用程序或车辆内部的计算系统可以借助于该中央系统检查，充电桩是否被占用以及该充电桩预计何时可能再次空闲。一些充电桩与中央服务供应者在技术方面没有连通性(例如网络连接)，即这些充电桩不能提供相应的信息。在技术方面已经为此配备的充电桩中，对于一些运营商来说很少努力提供这些数据，因为会引起附加的成本。由于不存在这些信息，因此经常会发生，充电点被之前已经充电或始终仍在充电的车辆占用。客户通常希望能够预留充电桩，这由于缺乏充电桩联网而不能实现。所描述的缺点导致了，潜在的买家始终还回避购买电动车辆，因为他们害怕车辆不能继续行驶，或者旅行由于对准确充电时刻的可预测性不足会持续很长时间。
5.de 10 2017 209 718 a1涉及一种用于机动车的充电装置的转接器设备/适配器设备。该转接器设备具有测量单元和通信单元。该测量单元被设置为用于，确定从充电基础设施经由转接器设备被传输至机动车的充电功率的功率值，并且该通信单元被设置为用于，将功率值发送至中央控制单元并且从该控制单元接收目标功率值。该转接器设备具有信号处理单元，其被设置为用于，这样改变或者通过替代协调信号来替代由充电基础设施经由转接器设备发送至机动车的充电接口的、传递最大充电功率的协调信号：转接器设备向机动车传递目标功率值作为最大充电功率。
6.kr 2017 0072992 a涉及一种用于电动车辆的充电线缆控制装置，其管理关于在电动车辆充电期间出现的充电故障的信息。在用于电动车辆的功率充电控制系统中在电动车辆充电期间检测充电信息，以便确定，在电动车辆充电期间是否发生错误。如果发生错误，则该充电信息由充电线缆控制装置以无线通信方法经由服务器传输至修理车间终端。
7.us 2010/114798 a1公开了一种具有充电点和中继服务器的充电系统，该充电点包括插座和通信模块，该中继服务器包括数据库、应用程序和图形用户界面。该中继服务器与充电点、用户以及公共供电企业和供电商关联。每个充电点被配置成，登记车辆，将充电
器联接至插座并且将车辆数据发送至中继服务器。该中继服务器处理车辆数据、用户数据和公共供电企业和供电商的数据并且关于在充电点处的车辆的数量以及所处理的数据计算车辆优先级和费用分配。


技术实现要素：

8.在此背景下，本发明的目的在于，提供一种装置和方法，利用所述装置和方法可以优化包括多个充电桩的充电基础设施的运行并且对于电动车辆的使用者来说可以使得用于寻找适合的充电点的时间成本最小化。
9.所述目的根据本发明通过具有权利要求1和9的特征的装置以及具有权利要求10的特征的方法来实现。本发明的设计方案和改进方案由从属权利要求、说明书和附图给出。
10.本发明的主题是扩展充电桩的功能的转接器(fem转接器)。fem转接器包括：用于充电桩的充电插头的接纳部/插座；用于插入机动车的充电插座中的插头；电流/电压测量单元；远程通信单元，该远程通信单元被设置为用于，与服务器以无线的方式进行数据交换。远程通信单元可以传输和接收数据。远程通信单元通过适合的无线电技术与中央数据库服务器通信。各种不同的信息被传输至该服务器，例如充电桩是否被占用，是否进行充电，以及当前充电过程还需要多长时间。同样可以通过远程通信单元接收信息，例如是否要预留充电桩。
11.根据本发明，转接器包括计算单元，该计算单元被设置为用于，在连接至充电桩的机动车的充电过程期间由电流/电压测量单元的测量值确定机动车的充电曲线，计算剩余的充电时间并且通过远程通信单元将其传输至服务器。
12.计算单元处理所有信息并且包括各种不同的算法，下面将对其进行详细探讨。在fem转接器的计算单元中的算法根据充电电流和充电电压来确定，正在充电的车辆或高压电池的充电曲线如何。根据这种计算可以预测，充电可能何时结束，并且充电点对于后面的车辆来说何时再次空闲。这些信息被传输至中央数据库服务器，然后又可以访问其它应用程序。
13.为了可以确定正在被充电的车辆的充电曲线，在fem转接器中设置有具有至少一个电流传感器和至少一个电压传感器的电流/电压测量单元。在一个实施方式中，电流传感器和电压传感器根据霍尔原理(通过由载流导体产生的磁场进行非接触式电流探测)工作，并且电流传感器如此布置在fem转接器中(例如围绕插接接头)，使得导线的充电电流(例如hv 或hv-)流经该电流传感器。借助于测量到的电流值和电压值，计算单元可以确定，充电过程还需要多长时间。为此计算当前被充电的车辆的充电曲线。在一个实施方式中，该算法在此是自学习的，从而各种不同的车辆在该充电点处利用该fem转接器充电越频繁，则对不同的充电曲线具有哪一种进程的预测越准确。充电曲线取决于多个因素，例如随时间变化的充电电流、充电电压以及待充电车辆的hv电池降低充电电流的程度。尚剩余的充电时间由确定的值来计算并且通过远程通信模块被传输给服务器。在那里，这些信息随后可以被其它系统调用，以便例如计算对于待充电的电动车辆来说理想的路线。
14.根据本发明的fem转接器被插到固定式充电桩的充电插头上并且与充电插头形成固定的单元。该充电插头-转接器单元在这种情况下又可以被插入待充电车辆的充电插座中。fem转接器完全自给自足地工作并且不必与充电桩连接。通过插到充电点的充电插头上
而完成安装。fem转接器可以配备有不仅用于dc-充电而且用于ac-充电的每种插头类型，例如型号ece ccs的插头(充电模块4)。
15.在一个实施方式中，fem转接器包括由计算单元控制的插头锁定机构，转接器能够利用该插头锁定机构与充电插头锁定，以便形成固定单元，该固定单元仅能由被验证的使用者重新松开。为了使fem转接器和充电插头形成固定单元，转接器通过插头锁定机构锁定充电插头，类似于充电插头在直接连接在充电桩和车辆之间时会被锁定。该锁定部仅能由被验证的使用者(例如服务人员)松开。因此确保了，转接器不会在未经许可的情况下被移除。
16.在一个实施方式中，fem转接器包括位置传感器，该位置传感器连接至计算单元。计算单元被设置为用于，由位置传感器的数据来确定，转接器是否位于充电桩中或充电桩上或者是否插在车辆的充电插座中。这尤其在下述情况下是重要的：车辆原本已经完成充电，但是插头始终还插在车辆中。由于缺少电流，fem转接器通常不能识别出，充电点是否还被占用。
17.在一个实施方式中，fem转接器包括用于向fem转接器供电的自给自足的蓄能器。在另一个实施方式中，蓄能器又能通过在车辆充电时(在充电线缆和充电插头中)产生的电磁场以感应的方式被重新充电。
18.在一个实施方式中，fem转接器包括由计算单元控制的继电器，利用该继电器能中断用于插入机动车的充电插座中的插头的电压引脚(hv 或hv-)的电连接。
19.在一个实施方式中，fem转接器包括由计算单元控制的光学信号单元，其被设置为用于，用信号表示，充电桩是否能正常工作以及充电桩是否已经为接近的电动车辆预留。在另一个实施方式中，光学信号单元包括led带。
20.本发明的主题还涉及一种充电基础设施。根据本发明的充电基础设施包括数据库服务器和具有充电插头的多个充电桩，所述充电插头配备有根据本发明的fem转接器，所述数据库服务器被设置为用于，与转接器并且与机动车或其使用者以无线的方式通信。
21.本发明的主题还涉及一种用于运行根据本发明的fem转接器和根据本发明的充电基础设施的方法。
22.在根据本发明的用于运行fem转接器的方法中，将所述数据传输至中央数据库服务器。该数据包含下述信息：与fem转接器连接的充电点是否正在执行充电过程，如果是这种情况，充电过程可能何时结束。
23.借助于fem转接器还可以为驾驶员或应用程序提供以下可行性方案，即在确定的时间段内预留充电点。在该方法的一个实施方式中，fem转接器从中央数据库服务器经由远程通信单元接收在确定的时间段内的预留订单。当fem转接器收到这种订单时，则光学信号单元被接通并且在这个时间段指示出，充电点为接近的电动车辆预留并且不可用。同时，流向充电插头的电流被主动中断，直至车辆或者已经预留充电点的驾驶员被验证并且进而可以开始充电过程。为此，在转接器中的继电器在预留时刻之前不久主动断开电压引脚(例如hv 或hv)的电连接。通过断开电路，未被验证的使用者和车辆不能在充电点处进行充电。附加地在中央服务器上存储，在其中对车辆进行充电的确定的时间段内其它车辆不能在该充电点处进行充电。
24.本发明的主题还涉及一种用于运行根据本发明的充电基础设施的方法，其中，充
电桩的相应的转接器将相应的充电桩的当前的状态信息传输至数据库服务器，其中，其高压电池必须被充电的电动车辆访问数据库服务器并且由数据库服务器调用能用于充电过程的最近的充电桩的位置。
25.在根据本发明的方法中，电桩的fem转接器将当前的状态信息(充电点被占用、预期可用性等)被传输至中央数据库服务器。在高压电池中的能量趋于耗完的车辆可以访问数据库服务器的这些数据并且进而确定理想的最近的充电点。计算单元(例如车辆中的导航系统)在这种情况下自动地确定去往那里的路线。甚至没有驶近被占据的充电点。
26.在本方法的另一个实施方式中，充电持续时间的计算集中地在服务器上实现，而并不在fem转接器的计算单元中实现。在这种情况下，fem转接器将确定的传感器值传输至服务器，并且所有运算操作都在那里集中执行。
27.根据本发明的解决方案的主要优点在于，每个充电桩或每个充电点都可以提供下述信息：充电点是否被占用，负载如何，并且何时才可能进行充电。移动应用程序、车辆导航系统或者其它应用程序可以利用这些信息预先计算准确的路线指引和停靠点。
28.充电点可以快速地、成本经济地且在无需重装的情况下被改变并且被扩展了显著的功能范围。附加地，对于充电点操作人员(缩写：cpo)来说取消每次另外的连接和其充电点的数据的传输。另一个优点在于，关于充电桩的信息可以被集中地存储和调用，从而不需要多个分散的在其中存有信息的系统和数据库。
29.此外通过fem转接器可以准确确定，充电站是否正常工作，或者充电站是否例如偶尔发生故障，或者是否有些车辆不能正确地在那里进行充电(例如由于过低的充电功率)。这些信息在选出可能的下一个充电桩或充电点时非常重要，以便必须使用更少的时间用于充电。
30.所述优点有助于提高客户满意度并且消除对于购买电动车辆的担忧。本发明的其它优点和设计方案由说明书和附图给出。
31.不言而喻，前述的和后面还要阐述的特征不仅能应用在分别给出的组合中，而且还能应用在其它组合中或单独应用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
32.根据实施方式在附图中示意性示出并且参考附图进一步描述本发明。图中示出：
33.图1示出根据本发明的fem转接器的使用；
34.图2示出根据本发明的fem转接器的一个实施方式的不同视图；
35.图3示出根据本发明的fem转接器的一个实施方式的电路图。
36.附图标记列表：
37.1充电桩
38.2充电插头
39.3fem转接器
40.5充电插头和fem转接器的联合结构
41.6车辆
42.21fem转接器的侧视图
43.22fem转接器的前视图
44.23fem转接器的后视图
45.24从fem转接器的前面看的透视图
46.25从fem转接器的后面看的透视图
47.26充电插头接纳部
48.27用于车辆充电插座的插头
49.31计算单元
50.32远程通信模块
51.33电流/电压测量单元
52.34电压传感器
53.35电流传感器
54.36电导线
55.37信号单元
56.38继电器
57.39hv-引脚
58.40插头锁定机构
59.41位置传感器
60.42蓄能器
具体实施方式
61.图1说明根据本发明的fem转接器的使用。固定式充电桩1的充电插头2配备有fem转接器3。该fem转接器被插到充电点1的充电插头2上并且与充电插头2形成固定的单元5。该充电插头-转接器单元5在这种情况下又可以被插入待充电的车辆6的充电插座中。
62.图2示出扩展模块的可能的形状设计。示出了侧视图21、前视图22、后视图23、从前面看的透视图24和从后面看的透视图25。在后视图23和从后面看的透视图25中可以看到用于充电点的充电插头的接纳部26。侧视图21、前视图22和从前面看的透视图24示出了插头27，该插头被插入待充电的车辆的充电插座中。在此，fem转接器示例性地作为ece ccs(充电模块4)示出。该方法可以被应用于所有插头类型，不仅用于dc、而且也用于ac。
63.图3示出根据本发明的fem转接器3的一个实施方式的电路图。在fem转接器3中设置有不同的部件，包括至少一个计算单元31。计算单元31处理所有信息并且包括不同的算法，下面对其进行详细探讨。此外，连接远程通信模块32，该远程通信模块通过适合的无线电技术(在附图中通过天线表示)与中央数据库服务器通信。各种不同的信息被传输至该服务器，例如充电桩是否被占用，是否进行充电，以及当前的充电过程还需要多长时间。同样可以通过远程通信模块32接收信息，即例如是否要预留充电桩。为了可以确定正在被充电的车辆的充电曲线，在fem转接器3中设置有具有至少一个电流传感器35和至少一个电压传感器34的电流/电压测量单元33。电流传感器35根据霍尔原理工作(通过由载流导体产生的磁场进行非接触式电流探测)。该电流传感器35如此布置在转接器3中，使得导线36的充电电流(例如hv 或hv-)流经该电流传感器(例如围绕插接接头布置)。根据相同的原理可以利用电压传感器34确定电压。借助于由此测量到的电流值和电压值，计算单元31可以确定，充电过程还需要多长时间。为此计算当前被充电的车辆的充电曲线。该算法在此是自学习的，
即各种不同的车辆在该充电点处利用该fem转接器3充电越频繁，则对不同的充电曲线具有哪一种进程的预测越准确。这取决于多个因素，例如随时间变化的充电电流、充电电压以及待充电车辆的hv电池降低充电电流的程度。尚剩余的充电时间由确定的值来计算并且通过远程通信模块32被传输给服务器。在那里，这些信息随后可以被其它系统调用，以便例如计算理想的路线。
64.为了使fem转接器3和充电插头2形成固定的单元5，转接器3通过插头锁定机构40锁定充电插头2，类似于充电插头2在直接连接在充电桩1和车辆6之间时会被锁定。该锁定部40仅能由被验证的使用者松开(例如服务人员)。因此确保了，转接器3不会在未经许可的情况下被移除。
65.在fem转接器3本身处设置有光学信号单元37(例如led带，在附图中通过发光二极管表示)。该光学信号单元用信号告知，充电桩是否可以正常工作以及充电点是否已经由应用程序为接近的电动车辆预留。为此已经提前将用于确定的时刻的预留订单发送给转接器3。只要这种订单到达转接器3，则光学信号单元37被接通并且在转接器3中的继电器38在预留时刻之前不久主动断开电压引脚39(例如hv 或hv-)。通过断开电路，对于未被验证的使用者和车辆来说不能在充电点处进行充电。附加地在中央服务器上存储，在车辆被充电的确定的时间段内，其它车辆不能在该充电点处进行充电。
66.此外，在fem转接器3中还设置有位置传感器41。转接器3可以借助于该传感器41确定，转接器是否位于充电桩中或充电桩上或者转接器是否插在车辆中。这尤其在下述情况下是重要的：车辆原本已经完成充电，但是fem转接器3的插头始终还插在车辆的充电插座中。由于缺少电流，fem转接器3不能识别出，充电点是否还被占用。
67.fem转接器3的电压供应由自给自足的蓄能器42承担。该蓄能器又可以通过在车辆充电时(在充电线缆和充电插头中)产生的强电磁场本身以感应的方式被重新充电(在附图中通过线圈表示)。