与电池电动车辆的充电线缆的通信的制作方法

本发明涉及一种用于在诊断pc和具有线缆内控制盒(in-kabel-kontrollbox)的、用于给电池电动车辆充电的充电线缆之间的通信的方法。

在此，本发明处于用于电池电动车辆的充电基础设施的技术领域内。

背景技术：

对于电池电动车辆的充电，需要专门对此合适的基础设施。所述基础设施除了到本地的电网上的附接部之外主要包括多个插接装置类型和充电模式，借助所述插接装置类型和充电模式可以给相应的电池电动车辆充电。根据关于电池电动车辆的传导式充电的国际规范iec61851，不仅规定一系列的充电模式，而且参照极不同的插接装置模式。在此，充电模式包括四种不同的模式，其在模式1中设置在家用插座上在16a的电流强度以内的慢速的充电，并且在模式2中设置在单相或者三相的配置中在32a以内的充电。另外的模式3和4包括具有在250安培以内的快速充电以及以具有在400安培以内的直流电的快速充电。模式1和2允许使用如schuko这样的标准插接系统，借此，到通常的家用插座上的连接是可能的。在模式2中，需要所谓的c-cpd(用于“incablecontrolandprotectivedevice，线缆上控制和保护设备”的缩写)的存在，其也作为iccb(用于“incablecontrolbox–线缆内控制盒”的缩写)已知。该设备承担用于通过电网的充电过程的安全功能和通信功能。在快速充电模式3和4中，不需要这样的ic-cpd，因为在这里这些功能由快速充电站承担。

相应地，ic-cpd承担与车辆电子设备的通信，其中，例如将最大可能的充电电流通知给车辆中的充电电子设备。此外，ic-cpd还承担另外的功能性，如安全引线监视、在保护接地导体和金属车身之间的电连接的检查、用于避免触电的故障电流保护开关的功能、在充电时发生异常的情况下充电过程的监视或者切断，如例如最大允许的充电电流的超出、插接装置的温度的超出。

为了使ic-cpd能够完成这些功能，ic-cpd通常具有集成的开关电路，在大多数情况下具有带有相应的固件的确定的微控制器。如在所有的嵌入式软件产品中那样，在ic-cpd中，固件更新也是值得期望的。此外，为了执行故障诊断，需要读取ic-cpd的故障存储器。因此为了能够执行这一点，需要与ic-cpd的通信连接。然而，因为包括ic-cpd在内的充电线缆为了无危险地使用而必须良好地绝缘并且具有高的ip保护等级——如例如ip64，所以极度昂贵的是，在充电线缆的或者ic-cpd的壳体中安装用于诊断插接装置的附加的硬件接口。

虽然原则上可能的是，借助电源线与ic-cpd通信，然而为此，ic-cpd必须配备有相应的plc硬件。因为这构成挑战当前的充电线缆的经济性的巨大的成本因素，所以寻找与充电线缆的ic-cpd通信的一种替代的可能性。在此，无线的通信接口如wlan或者蓝牙具有与通过plc的通信相同的问题。为此，也将需要以调制解调器或者模块形式的附加的硬件成本，所述附加的硬件成本相应地损害充电线缆的经济性。

技术实现要素：

因此，任务是，找到一种用于在诊断设备、优选pc和具有线缆内控制盒的充电线缆之间的通信的方法，所述方法在线缆内控制盒中无附加的通信模块的情况下够用并且不损害ip保护等级。

该任务通过一种用于在外部计算机和具有线缆内控制盒的、用于给电池电动车辆充电的充电线缆之间的通信的方法解决，其中，所述充电线缆具有用于与车辆通信的数据线路，并且在充电线缆的线缆内控制盒和计算机之间，硬件接口能够实现借助计算机对数据线路的访问，并且，所述方法的特征在于，用于充电线缆的线缆内控制盒的数据由计算机向硬件接口发送、由硬件接口调制到所述数据线路的信号上并且因此向所述充电线缆的线缆内控制盒传送，而用于所述计算机的数据从所述充电线缆的线缆内控制盒通过所述数据线路的信号发送、由所述硬件接口转换并且向所述计算机发出。对于根据本发明的方法决定性的是，在这里使用数据线路——ic-cpd或者线缆内控制盒通常通过所述数据线路与车辆的充电电路通信，以便与计算机、即诊断pc交换数据，线缆内控制盒应与所述计算机通信。为此，使用硬件接口，所述硬件接口被放置在充电电路的线缆内控制盒和计算机之间。例如可以以适配器的形式实现的该硬件接口那么与计算机直接连接，从而应由充电线缆的线缆内控制盒向计算机发送的数据由该硬件接口发出到数据线路上，从而具有对数据线路的访问权的硬件接口获得、转换并且然后可以通过与计算机的直接连接向计算机发送这些数据。反过来应从计算机向线缆内控制盒发出的数据由计算机首先通过直接的连接向硬件接口发送并且然后由该硬件接口调制到数据线路的信号上并且因此向充电线缆的线缆内控制盒发送。即，借助该硬件接口充分利用线缆内控制盒的内部的通信通道——所述内部的通信通道实际上被考虑用于与电池电动车辆通信，以便能够直接与计算机通信，而不在壳体中或者在线缆内控制盒中的附加的通信模块中提供以诊断插接装置形式的附加的接口。在此，在适配器和线缆内控制盒之间的通信必须满足根据iec-61851和iec-62752的、用于电池电动车辆通过具有线缆内控制盒的充电线缆的充电的负责的规范的详细说明，以便相应地保持兼容。在此，可以在外部插接并且必须在车间中仅仅可供专业人员使用的这样的适配器的使用相比通信模块如plc、wlan或者蓝牙在线缆内控制盒内部的根据标准的安装明显更成本有利。

本发明的有利的和因此优选的扩展方案从所属的从属权利要求以及从说明书和所属的附图得出。

在此，根据本发明的方法的一种优选的扩展方案在于，借助串行接口(例如：usb、rs232、…)实现硬件接口和计算机之间的数据交换，并且，由硬件接口根据串行协议执行数据的转换。

在此，根据本发明的方法的一种另外的优选的扩展方案在于，由所述硬件接口通过所述电压电平的更改、尤其通过幅度键控(amplitudenumtastung，ask)来将从所述计算机到所述充电线缆的线缆内控制盒的数据调制到所述数据线路的信号上。在此，根据iec61851类型2进一步地详细说明从计算机向充电线缆的线缆内控制盒的通信。iec61851类型2设置，通过电压电平的以幅度键控形式的更改来执行到线缆内控制盒的通信。在根据本发明的方法中，这通过硬件接口来实现，以便通过遵守规范的电平响应线缆内控制盒。

在此，根据本发明的方法的一种另外的优选的扩展方案在于，由所述充电线缆的线缆内控制盒通过更改所述数据线路的信号的脉冲宽度来调制从所述充电线缆的线缆内控制盒到所述计算机的数据，并且向所述硬件接口发送所述数据，所述硬件接口向所述计算机转发所述数据。在此，从线缆内控制盒到计算机的通信也根据iec61851类型2借助脉冲宽度调制(pwm)执行。为了执行通过串行协议到计算机的通信，在充电线缆的信号线路上的经脉冲宽度调制的信号由硬件接口相应地接收、转换并且向计算机转送。

在此，根据本发明的一种另外的优选的扩展方案在于，由所述硬件接口为了所述转换而通过测定所述数据线路的所述信号的脉冲宽度和所述脉冲宽度的时间序列来计算从所述充电线缆的线缆内控制盒向所述计算机发送的数据。从充电线缆的线缆内控制盒向计算机发送的数据的计算由硬件接口执行，其中，该硬件接口测定信号的脉冲宽度并且在考虑pwm信号的时间序列的情况下求取所发送的数据。将所述数据向连接在外部计算机转发。

在此，根据本发明的方法的一种另外的优选的扩展方案在于，所述数据交换双向地并且能双工地进行，其方式是，同时调制所述数据线路的所述信号的脉冲宽度并进行所述电压电平的更改。在此，相应地双向的通信完全是能双工的。这意味着，在数据可以从线缆内控制盒向计算机发送期间，数据可以同时从计算机向线缆内控制盒发送。这是因为，两个通信方向调制数据信号的不同的方面或者特性。线缆内控制盒通过操纵脉冲宽度来调制数据，而硬件接口向相反的方向执行电压电平的更改。

在此，根据本发明的方法的一种另外的优选的扩展方案在于，对于所述数据线路的所述信号的脉冲宽度的调制使用多个不同的脉冲宽度，并且，对于所述电压电平的更改使用多个不同的电压电平，以便提高数据交换的数据传递率。因为根据脉冲宽度调制和幅度键控的标准通信仅仅能够实现不大于111字节/秒的小的数据速率，所以通过使用附加的脉冲宽度以及电压电平可以相应地编码更多的比特并且因此实现在500字节/秒以内的较高的数据传递率。

在此，根据本发明的方法的一种另外的优选的扩展方案在于，为了从所述计算机向所述充电线缆的线缆内控制盒发送数据，仅仅更改所述电压电平的负的部分，以便与电池电动车辆的通过所述充电线缆的充电过程并行地执行所述充电线缆的线缆内控制盒和所述计算机之间的数据交换。在使用以适配器形式的硬件接口的情况下执行根据本发明的方法的到目前为止的变型，在所述变型中，适配器被插接到线缆内控制盒的插口中并且然后使适配器与计算机连接。然而，该途径的缺点在于，在这里借助具有其线缆内控制盒的充电线缆不可以同时给电池电动车辆充电。为了能够实现这一点，使用具有附加的插接装置的适配器，与在t形接线匣中类似地，借助所述附加的插接装置使线缆内控制盒与电池电动车辆连接，而线缆内控制盒同时也与计算机连接。然而，因为在这种情况下线缆内控制盒与电池电动车辆的充电电路根据通过脉冲宽度调制和正的信号电平的幅度键控的规范通信，必须调整在线缆内控制盒和计算机之间的通信。因为线缆内控制盒不同时与电池电动车辆和计算机或者硬件接口(所述硬件接口转换来自线缆内控制盒的、用于计算机的数据)通信，所以必须设立第三通信通道。对于该第三通信通道，使用数据信号的负的电平。对于到目前为止在线缆内控制盒上的通信，正的电平仅仅由幅度键控使用。这意味着，通过更改负的电平，存在另外的通信通道可供使用。即，根据该方法变型方案，三次更改数据信号。一次通过脉冲宽度调制用于线缆内控制盒与电池电动车辆的通信；一次通过正的信号电平的幅度键控用于电池电动车辆与线缆内控制盒的通信并且一次通过负的信号电平的幅度键控用于线缆内控制盒电池与硬件接口或者所连接的计算机的通信。在这种方法中，固然，在线缆内控制盒和硬件接口之间的通信仅仅还能够半双工地进行。这意味着，在所提到的在硬件接口或者计算机和线缆内控制盒之间的通信通道中，或者可以进行发送或者可以进行接收。作为由此造成的后果，与硬件接口的通信根据主从原理执行。即，计算机通过硬件接口发送对线缆内控制盒的询问，与之相应地，线缆内控制盒对所述询问作出答复。

在此，根据本发明的方法的一种另外的优选的扩展方案在于，负的电压电平的更改在时间上如此压缩，使得更改后的电压电平适用于pwm信号的低相位，以便由此提高数据交换的数据传递率。因为在更改负的电压电平时同样地又只有相应的111字节/秒的低的数据传递率是可能的，所述方法的扩展方案在于，更改后的负的电压电平适用于pwm信号的低区域。由此，可能的是，将数据传递率提高至1000字节/秒。

在此，根据本发明的方法的一种另外的优选的扩展方案在于，从充电线缆的线缆内控制盒到计算机的数据包括用于故障诊断和运行统计的数据。基本上，从线缆内控制盒向计算机发送的数据为用于故障诊断的数据。为此，通常读取线缆内控制盒的故障存储器并且然后向计算机发送其内容。然而，同样地，数据也可以包括关于运行统计的一般性的信息，所述信息对于线缆内控制盒的使用的分析处理是有益的或者可以考虑用于充电过程的成本清算。

在此，根据本发明的方法的一种另外的优选的扩展方案在于，从计算机到充电线缆的线缆内控制盒的数据包括用于充电线缆的线缆内控制盒的软件更新。然而，也可以考虑其它类型的数据、如例如配置文件或者类似的。

此外，所提出的任务的另外的解决方案是一种适配器，所述适配器实现用于执行根据本发明的方法的硬件接口，所述适配器的特征在于，所述适配器一方面具有插接到线缆内控制盒的车辆连接器(kupplung)上的车辆插接装置，另一方面具有usb插接装置，借助所述usb插接装置使适配器与计算机连接，而位于适配器中的微控制器通过串行接口执行在计算机和充电线缆的线缆内控制盒之间的数据交换。为了实现相应的根据本发明的方法，需要硬件接口，所述硬件接口以适配器的形式实现。该适配器插在线缆内控制盒的车辆连接器上，所述车辆连接器通常与电池电动车辆连接。在规范iec62196中详细说明所使用的车辆插接装置和车辆连接器。在此，适配器具有与线缆内控制盒的车辆连接器连接的相应的车辆插接装置，以及例如以usb插接装置形式的、与计算机连接的另外的插接装置。此外，适配器具有微控制器，所述微控制器具有集成的串行接口，借助所述串行接口执行在适配器和计算机之间的数据交换。在此，车辆连接器或者车辆插接装置具有通常的三相l1至l3、零线、地线以及数据信号线(cp信号)。由此，可能的是，触点接通内部的数据线并且将其用于与计算机通信，线缆内控制盒通常通过所述内部的数据线与电池电动车辆通信。

在此，根据本发明的适配器的一种另外的优选的扩展方案在于，除了车辆插接装置之外，适配器附加地具有车辆连接器，所述车辆连接器与电池电动车辆连接，由此，电池电动车辆的充电过程和通过串行接口与计算机的数据交换可能同时进行。在该进一步的变型方案中，适配器还具有附加的车辆连接器，从而适配器具有车辆插接装置、车辆连接器和usb插接装置。由此，类似于t形接线匣地，在线缆内控制盒同时与电池电动车辆和与外部计算机之间的连接是可能的。因此，可以同时执行电池电动车辆的充电过程和在计算机和线缆内控制盒之间的通信。

在此，根据本发明的适配器的一种另外的优选的扩展方案在于，适配器如此设置，使得其为了与线缆内控制盒建立联系而使用具有不能够由电池电动车辆在数据线路上产生的幅度值的负的或者正的电压电平。选择具有-12v的幅度值的电平，因为电动车辆(ev)不可以产生该电平。因此，能够相对于电动车可靠地区分。如果ic-cpd处于故障状态f(cp信号-12v)下，适配器将该电平改变到+12v。电动车也不可以在这种状态下产生该电平。

附图说明

接下来，参照所属的附图根据至少一个优选的实施例详细地描述发明本身和本发明的结构上和功能上有利的扩展方案。在附图中，相互一致的元件分别设有相同的附图标记。附图示出：

图1示出电池电动车辆的充电过程；

图2示出根据本发明的与充电线缆的通信；

图3示出具有引脚分配的适配器的功能上的构造；

图4示出与充电线缆的通信和电池电动车辆的充电过程的、根据本发明的同时执行；

图5示出具有壳体的适配器的结构性构造；

图6示出在第一实施方案中的、根据本发明的系统的电路图；

图7示出在第一实施方案中的、在信号线路上的数据的、根据本发明的调制；

图8示出在第二实施方案中的、根据本发明的系统的电路图；

图9示出在第三实施方案中的、根据本发明的系统的电路图；

图10示出在第三实施方案中的、在信号线路上的数据的、根据本发明的调制；

图11示出在第四实施方案中的、在信号线路上的数据的、根据本发明的调制。

具体实施方式

在充电线缆或者ic-cpd3和电池电动车辆6之间的通信以规范iec-61851和iec-62752来调节。此外，这设置，充电线缆、即ic-cpd3具有带有1kohm的内阻的pwm发生器，经脉冲宽度调制的信号(pwm信号)13的基本频率为1khz，通过脉冲宽度的改变来传送从充电线缆(ic-cpd3)到电池电动车辆6的信息，并且，通过正的信号电平的改变来传送从电池电动车辆6到充电线缆(ic-cpd3)的信息。

图1示出用于在电池电动车辆6、充电线缆和提供充电电流2的电网1之间的结构性的构造的例子。在此，标准充电线缆不具有用于故障诊断或者用于软件更新的附加的接口。作为附加的无线接口，例如蓝牙、wlan、会是可能的。可能的有线连接的接口是例如usb9、rs232或者是以太网(tcp/ip)。所有接口共同的缺点在于，用于(可从外部可访问的)接口的附加的制造成本累积并且相应地使产品昂贵。附加地，还必须密封有线连接的接口。

借助本发明避免这些缺点。用于故障诊断、用于信息交换和用于软件更新的通信可以在充电线缆中无附加的硬件的情况下进行。

基于来自iec-61851和iec-62752的预给定，针对与充电线缆的通信，开发出多种方法。

为了能够实现这些方法，在以诊断pc8形式的计算机和充电线缆之间连接有专门的通信适配器7。图2示出为此需要的、在充电线缆和诊断pc8之间的结构性的构造，借助所述构造可以交换用于故障诊断和/或ic-cpd3的固件更新的数据4。用于此的构造在图3中示意性地示出。在那里示出，如何借助适配器7检测和分析处理cp信号4。此外，示出用于模式2的相应的车辆插接装置10的引脚，所述引脚由适配器7使用。

此外，在图5中示出集成在根据iec62196类型2的车辆插接装置10中的、用于连接到ic-cpd3的车辆连接器5上的适配器7的以及用于连接到连同壳体的诊断计算机8上的usb插接装置类型a9的结构性构造。

适配器7具有微控制器，所述微控制器控制在ic-cpd3和诊断pc8之间的数据传递。基本上，所述微控制器测定在cp信号线路11上的pwm信号13的脉冲宽度。所述微控制器由所测量的脉冲宽度的时间序列计算由充电线缆发送的字节并且将所述字节通过标准接口(uart)发出至诊断pc8。此外，通信适配器7在uart接口上从诊断pc8接收信息并且将所述信息向充电线缆转送，在所述充电线缆中，所述通信适配器更改数据信号4的电压电平。

在此，为了建立到充电线缆的通信连接，通信适配器使cp信号4在-12v上延长50ms。然后检验，充电线缆是否处于通信模式中(存在pwm信号13)。如果不是这种情况，以+12v重复该过程。如果在1秒之后没有建立到充电线缆的通信，则中断所述过程。

选择了电平-12v是因为电动车(ev)不能够产生该电平。因此，能够相对于电动车可靠地划界。如果ic-cpd处于故障状态f(cp信号-12v)中，则通信适配器将该电平改变到+12v上。电动车也不能够产生该电平。

在此，具有适配器7的、诊断pc8的和ic-cpd3的所参与的构件的总系统的示意性构造在图6中的电路图中公开。在此，图6示出优选的第一实施方式，在该第一实施方式中，直接通过适配器7将诊断pc8连接到ic-cpd3的车辆连接器5上。在这里，在通信期间，充电线缆不可以同时用于给电池电动车辆6充电，因为ic-cpd的输出端5被适配器7的插接装置10占用。

在连接建立期间，ic-cpd5将+12v(状态a)施加到cp信号4上。一旦通信适配器7从诊断pc8获得用于通信建立的命令，所述通信适配器就以信号act-12v和t1将-12v切换到cp信号4上50ms。如果ic-cpd3确定这一点，则启用pwm信号13。为了进行从通信适配器7到ic-cpd3的数据交换，低比特和高比特各对应于一电压电平。为了进行从ic-cpd3到通信适配器7的数据交换，低比特和高比特各对应于在cp信号4上的一脉冲宽度。因为在规范iec-61851中pwm频率被规定在1khz上并且对于每个pwm脉冲仅仅传输一比特，所以所达到的传输速率仅仅为111字节/秒(8n1)。

在图7中示出在连接建立和通信期间的cp信号。在时刻t1处，通信适配器7将-12v施加到cp信号4上并且通知ic-cpd3，应建立通信连接。在时刻t2处，通信适配器7再次切断该-12v；因此，可以实现ic-cpd3在这期间接通的pwm信号13(脉冲宽度-空闲)。在时刻t3处，通信适配器7开始借助幅度键控来发送一个字节至ic-cpd3。首先一起始比特(电平-高)，然后8个数据比特(msb在前00110010t->0x32)。在时刻t4处，发送结束。在时刻t5处，ic-cpd3开始发送一个字节至通信适配器7。首先以起始比特(300μs宽)，然后8个数据比特msb在前11001101t->0xcd)。

因为发送和接收涉及cp信号4的不同方面，所以传输完全是能双工的。因为从ic-cpd3至诊断pc8的通信通过pwm发生，所以相反的方向通过幅度键控发生，这两者同时是可能的。这意味着，可以相互独立地发送和接收。

为了提高传输速率或数据传递率，提出所述方法的一种优选的第二实施变型方案。在图8中示出相应地必需的硬件配置。在该变型方案中，使用多个、优选16个电压电平，以便对从通信适配器7到ic-cpd3的信息编码。同样地，在cp信号4上使用多个、优选16个不同的脉冲宽度，以便对从通信适配器7至ic-cpd3的信息编码。为此，通过可控的电流源取代t3、t4、r低和r高。因此，对于每个pwm脉冲可以传输多个比特。因为一个字节因此可以借助两个pwm脉冲来传输，因此传输速率提高到500字节/秒。(在8n0中16个电平)。理论上，该量化还可以进一步提高。但由此也提高对在ic-cpd3中的测量值检测的要求，这又导致额外成本。

在接下来的表格中示出用于16比特量化的例子：

到目前为止公开的优选的实施变型1和2在cp信号4的正的电平上通信。脉冲宽度也用于通信。这意味着，诊断pc8替代电池电动车辆6地出现，因此，不能够同时实现车辆电池的充电和通信。

为了能够实现这一点，公开优选的第三实施变型方案，所述第三实施变型方案消除该限制。在变型方案3中，仅仅使用cp信号4的负的电平用于与诊断pc8的通信。但是，因为在诊断pc8和ic-cpd3之间的两个通信方向使用负的电平，所以仅仅一种半双工运行方式是可能的。这意味着，ic-cpd3仅仅对诊断pc8的询问作出答复；独立的发送对于ic-cpd3而言不允许(主从运行方式)。对于传输，逻辑状态低和高各对应于一电压电平：例如低-12v和高-11.5v。高电平通过部件t3/4、r低和d(见图9)的选择来规定。在该例子中如此选择该电平，使得该电平还在规范iec-61851(-12v+/-1v)的公差范围内变动。仅仅当通信适配器7确定，ic-cpd3处于状态a中时，才使用以上描述的、在连接建立时的处理方式。如果ic-cpd3已经在充电运行方式(状态c)或者状态d中，则可以省去连接建立。

对于优选的第三实施变型方案，需要适配器7的硬件的相应改变。所述改变在图9的电路图中示出。而用于同时充电和通过适配器7与ic-cpd3通信的总系统的示意性的相关性在图4中可见。

图10示例性地示出用于根据本发明的在充电期间的通信的信号变化曲线。在时刻t1处，传输起始比特(-11.5v)，接着是8个数据比特(0010110t->0x15)。该传输既不使用停止比特，又不使用奇偶校验比特。所达到的传输速率为111字节/秒。

因为在优选的第三实施变型方案中的传输速率非常低，所以提出优选的第四实施变型方案。变型方案4与变型方案3的区别仅仅在于，传输在时间上如此压缩(gestaucht)一个字节，使得该字节适用于pwm信号13的低相位。所使用的硬件保持不变。仅仅调整在适配器7的微控制器中的和在ic-cpd3中的用于分析处理cp信号4的固件。

在此，图11示出用于优选的第四实施变型方案的、根据本发明的方法。起始比特的位置(t1)总是相对于pwm信号13在t0+560μs处的正的边沿同步。因此，可以确保，还可以以32a(53％ed)充电，并且，传输不在pwm信号13的正的部分中进行。在图11中示出，如何传输起始比特、8个数据比特(msb在前)和奇偶校验比特。通过奇偶校验比特的使用可以识别传输误差。因此，所达到的传输速率是1000字节/秒并且因此比在优选的第三实施变型方案中明显更高。

附图标记列表

1电网

2充电电流/能量

3ic-cpd

4cp数据信号

5车辆连接器

6电池电动车辆

7通信适配器

8诊断pc

9usb连接部

10车辆插接装置

11cp数据线路

12经幅度调制的信号

13经脉冲宽度调制的信号