Energiemanagement Hochvoltsystem Ladebetrieb Funktion

P08.00-2038-81

Funktionsvoraussetzung allgemein

 Ladekabel gesteckt und verriegelt

 Der Status Ladekabel gesteckt wird über den "Proximity-Kontakt" an der Steckdose Einspeisung Ladegerät und die dazugehörige "Proximty-Leitung" im Ladekabel erkannt. Sind beide Stecker (am Fahrzeug und an der Ladesteckdose) korrekt gesteckt, erkennt das Bordladegerät den "Proximity-Kontakt" und sendet das Signal "Proximity erkannt" über Elektrofahrzeug-CAN. Alle beteiligten Steuergeräte werden geweckt und das Ladekabel wird verriegelt. Die Ansteuerung zur Verriegelung oder Entriegelung des Ladekabels erfolgt über eine direkte Leitung durch das Bordladegerät. Den Status Ladekabel verriegelt liest das Bordladegerät über eine direkte Leitung ein.

Energiemanagement Hochvoltsystem Ladebetrieb allgemein

Das Energiemanagement Hochvoltsystem Ladebetrieb stellt die Ladung der Hochvoltbatterie (G5) sicher. Ein möglichst schonender und gleichzeitig schneller Ladevorgang der Hochvoltbatterie wird dabei angestrebt.

Der gesamte Ladevorgang erfolgt überwacht. Das Bordladegerät und die Energiequelle (Ladestation) kommunizieren dabei über eine Datenleitung im Ladekabel (Control Pilot). Bei Ladevorgängen an einer herkömmlichen Haushaltssteckdose erfolgt die Kommunikation zwischen dem Bordladegerät und einer im Ladekabel verbauten Kontrollbox. Dabei werden die Leistungsdaten der Ladeinfrastruktur übermittelt und die Stromaufnahme des Bordladegeräts wird entsprechend angepasst. Zusätzlich werden die Signale "ready", "not ready" und "charge" übertragen. Die Kontrolllampen an der Steckdose Einspeisung Ladegerät werden entsprechend des jeweils gesendeten Signals angesteuert. Erst dann leitet das Bordladegerät den Ladevorgang ein.

 Beim Laden an einer Haushaltssteckdose muss der Ladestrom ggf. begrenzt werden um das hausinterne Stromnetz nicht zu überlasten. Der maximal zulässige Ladestrom kann deshalb über das entsprechende Menü im Kombiinstrument (A1) oder die Kontrollbox im Ladekabel eingestellt werden.

Folgende Steuergeräte und Bauteile sind am Ladevorgang und an der Überwachung beteiligt:

 Steuergerät Batteriemanagementsystem

 Bordladegerät 3kW (ohne Code (908) Bordlader 22KW)

 Steuergerät Powerline Gateway (ohne Code (908) Bordlader 22KW)

 Bordladegerät 22kW (bei Code (908) Bordlader 22KW)

 Steuergerät Kommunikationsmodul Elektrofahrzeug (bei Code (B54) KOM-MODUL (Verkehrsdaten und Batteriestand))

 Steuergerät Antriebsstrang

 Steuergerät Leistungselektronik

 Steckdose Einspeisung Ladegerät

 Das Steuergerät Powerline Gateway ist nur im Bordladegerät 3kW (ohne Code (908) Bordlader 22KW) verbaut. Beim Bordladegerät 22kW (bei Code (908) Bordlader 22KW) ist die Funktion des Steuergeräts Powerline Gateway in die Elektronik des Bordladegeräts 22kW integriert.

Die Funktion Energiemanagement Hochvoltsystem Ladebetrieb umfasst folgende Teilfunktionen:

 Funktionsablauf Ermittlung Ladezustand und Ladefähigkeit

 Funktionsablauf Laden über Ladekabel

 Funktionsablauf Kommunikation Ladestation

Funktionsablauf Ermittlung Ladezustand und Ladefähigkeit

Um die Ladezeit der Hochvoltbatterie möglichst gering zu halten, werden der Ladezustand und die Ladefähigkeit ermittelt. Die Ladefähigkeit der Hochvoltbatterie ist hauptsächlich von der Temperatur der Hochvoltbatterie abhängig.

 Informationen zum Themomanagement der Hochvoltbatterie sind in der separaten Funktion "Wärmemanagement Funktion" enthalten.

Der Ladezustand der Hochvoltbatterie ist entscheidend für die Ladedauer. Bei vollständiger Nutzung der Kapazität des jeweiligen Bordladegeräts beträgt die Ladedauer:

 Bordladegerät 3kW (ohne Code (908) Bordlader 22KW):

Ladedauer 8 h von 0 bis 100 % Hochvoltbatterie Ladestatus und 4 h von 20 bis 80 % Hochvoltbatterie Ladestatus.

 Bordladegerät 22kW (bei Code (908) Bordlader 22KW):

1 h von 0 bis 100 % Hochvoltbatterie Ladestatus und 0,5 h von 20 bis 80 % Hochvoltbatterie Ladestatus.

Folgende Steuergeräte sind an der Ermittlung des Ladezustandes und der Ladefähigkeit beteiligt:

 Steuergerät Batteriemanagementsystem

 Bordladegerät

 Steuergerät Antriebsstrang

Folgende Signale des Steuergeräts Batteriemanagementsystem werden über Elektrofahrzeug-CAN vom Steuergerät Antriebsstrang eingelesen:

 Spannung Hochvoltbatterie

 Strom Hochvoltbatterie

 Temperatur Hochvoltbatterie

 Ladezustand Hochvoltbatterie

 Hochvoltbatterie, Status

Folgende Signale des Bordladegeräts werden vom Steuergerät Antriebsstrang über Elektrofahrzeug-CAN eingelesen:

 Erkennung Proximity

 Control Pilot, Status

Funktionsablauf Laden über Ladekabel

Im Ladebetrieb wird dem Bordladegerät über die Steckdose Einspeisung Ladegerät Wechselspannung zugeführt. Die Wechselspannung beträgt beim Bordladegerät 3kW 100 bis 240 V und beim Bordladegerät 22kW 3  400 V. Das jeweilige Bordladegerät wandelt die Eingangswechselspannung in Gleichspannung um und führt diese über die Sicherungsbox Hochvolt-Adapterplatte der Hochvoltbatterie zu. Die Ausgangsspannung am jeweiligen Bordladegerät beträgt ca. 380 V.

Folgende Steuergeräte sind an der Überwachung und Steuerung des Ladevorgangs beteiligt:

 Steuergerät Batteriemanagementsystem

 Bordladegerät

 Steuergerät Kommunikationsmodul Elektrofahrzeug

 Steuergerät Antriebsstrang

Folgende Signale des Bordladegeräts werden über Elektrofahrzeug-CAN vom Steuergerät Batteriemanagementsystem eingelesen:

 Ladespannung

 Ladestrom

 Bordladegerät, Status

Folgende Signale des Steuergeräts Batteriemanagementsystem werden vom Steuergerät Antriebsstrang über Elektrofahrzeug-CAN eingelesen:

 Ladespannung

 Ladesstrom

Folgende Signale des Bordladegeräts werden vom Steuergerät Antriebsstrang über Elektrofahrzeug-CAN eingelesen:

 Ladespannung

 Ladestrom

 Bordladegerät, Status

 Eingangsspannung Bordladegerät

 Eingangsstrom Bordladegerät

 Maximal möglicher Ladestrom

 Anzahl der Eingangsphasen

Funktionsablauf Kommunikation Ladestation

Der gesamte Ladevorgang erfolgt überwacht. Das Bordladegerät und die Energiequelle (Ladestation) kommunizieren dabei über eine Datenleitung im Ladekabel (Control Pilot).

Bei intelligenten Ladestationen erfolgt zusätzlich eine digitale Kommunikation über Powerline (Powerline Communication) auf den Leitungen L1 und N. Hierfür werden Daten nach dem in der ISO/IEC 15118 spezifizierten Protokoll übertragen. Bei Fahrzeugen ohne Code (908) Bordlader 22KW erfolgt diese Kommuniktion über das Steuergerät Powerline Gateway. Beim Bordladegerät 22kW (bei Code (908) Bordlader 22KW) ist die Funktion des Steuergeräts Powerline Gateway in die Elektronik des Bordladegeräts 22kW integriert.

Die Kommuniktion mit der Ladestation dient der:

 gegenseitigen Authentifizierung von Fahrzeug und Ladestation

 Prüfung der Vertragsdaten

 automatischen Abrechnung der Stromkosten

Die Ladestation liefert Daten zur Stromverfügbarkeit sowie Tarifinformationen. Diese Informationen werden vom Fahrzeug ausgewertet und für eine optimale Ladung der Hochvoltbatterie verwendet. Wenn der Ladevorgang beendet ist, werden die Stromkosten automatisch abgerechnet.

Neben der Kommunikation mit der intelligenten Ladestation kann auch eine Verbindung mit dem Internet auf die "Vehicle Homepage" hergestellt werden. Dies ist über das Stromnetz (Powerline Communication) und bei Fahrzeugen mit Code (B54) KOM-MODUL (Verkehrsdaten und Batteriestand) über das Mobilfunknetz möglich. Der Verbindungsaufbau und die Kommunikation über das Mobilfunknetz erfolgt durch das Steuergerät Kommunikationsmodul Elektrofahrzeug. Das Steuergerät Kommunikationsmodul Elektrofahrzeug nutzt GSM (Global System Mobile) und überträgt alle notwendigen Daten über Funk. Das Fahrzeug erkennt automatisch, ob eine Verbindung mit dem Internet über das Steuergerät Kommunikationsmodul Elektrofahrzeug möglich ist oder nicht.

Über die "Vehicle Homepage" kann auf folgende Funktionen zugegriffen werden:

 Abfrage des aktuellen Ladezustands

 Programmieren der Abfahrtszeit

 Aktivieren der Funktion Vorklimatisierung

Das Steuergerät Kommunikationsmodul Elektrofahrzeug liest hierfür folgende Daten über Elektrofahrzeug-CAN ein, die vom Steuergerät Antriebsstrang gesendet werden:

 Statusinformationen der Vorklimatisierung

 Dauer bis zur Abfahrt

 Relative Zeit bis zur Vollladung

 Informationen zum Ladeprozess

 Informationen zur Reichweite

Das Steuergerät Kommunikationsmodul Elektrofahrzeug sendet folgende Daten über Elektrofahrzeug-CAN an das Steuergerät Antriebsstrang:

 Internetverbindung ist verfügbar

 Voreinstellungen der Vorklimatisierung

 Abfahrtszeitpunkt