CN102332620A - 用于开始运转用于给汽车的电池充电的设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于开始运转用于给汽车的电池充电的设备的方法。在给具有电驱动装置的车辆充电时应通过保护开关(18)负责安全。该保护开关(18)执行自测试。在这种情况下，该保护开关(18)通过适合的装置通知车辆(16)还不应开始充电，以便充电过程不被开关接触部(20a、20b、20c)在自测试时进行的打开而中断。保护开关(18)除了通过装置(26)执行自测试的可能性之外还包括用于与负载进行通信的装置(32)。

Description

用于开始运转用于给汽车的电池充电的设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于开始运转用于给汽车的电池充电的设备的方法，其中给出权利要求1的前序部分的特征。 
本发明也涉及一种用于给电池充电的设备以及一种可置入其中的保护开关。 
背景技术
具有电驱动装置的汽车的电池必须定期重新充电。为此目的，这些汽车被连接到电网上。为此可以把简单的插头插入常规的室内布线电网的带保护接地触点的插座中，或者插入三相电网的CEE插座中。还有特别为具有电驱动装置的车辆提供的充电站。 
在这种情况下，用于给电池充电的设备包括至少一个地面固定的(bodenfest)连接设备和用于将汽车与该连接设备连接的线缆。该线缆必要时可以在汽车内一起携带。 
为了使汽车在故障情况下不被突然接通，用于给电池充电的设备在此情况下包括保护开关。该保护开关可以被集成到用于给电池充电的设备的地面固定的连接设备中，但是也可以完全一样被集成到线缆中。后者变型方案在线缆与汽车一起被一起携带并且被连接到任意的地面固定的设备时是有意义的，因为那时不能总是保证在地面固定的设备的区域内有保护开关可供使用。
电池的充电的过程(充电过程)通常由带有要充电的电池的汽车自身来控制。但是在此情况下的前提是，汽车为此接收状态消息，并且当这些状态消息具有预先确定的内容时，开始(导入或启动)充电过程。 
未来的标准VDE-AR-E 2623-2-2规定在汽车和充电站之间的通信接口。通过该通信接口应能够使汽车用信号通知充电站是否需要充电。反之，充电站应通知汽车，允许以多大的最大电流强度来充电。在这种情况下，为了进行通信在充电线缆(Ladekabel)中设置包括地下线缆在内的双线连接。充电站包括如下振荡器：该振荡器以迄今规定的1kHz频率发出在两个值之间往复更换的电 压。在这种情况下，保持在各个电压值上的持续时间是可变的，因此这两个持续时间的占空因数也是可变的。该占空因数向车辆表明，多大的电流强度对于充电电流是最大可能的。汽车可以通过改变输入阻抗被报告回，例如以便通知该汽车已经准备好能量消耗。 
在使用保护开关设备(保护开关)的情况下表明，要定期检查该保护开关设备的运行能力(Funktionsfaehigkeit)。常规的保护开关设备为此具有检查按键。在按压这样的检查按键时，保护开关设备自身产生人工的故障电流，并且当该保护开关设备具有运行能力时，打开该保护开关设备的保护接触部(Schutzkontakte)。 
在给汽车的电池充电时要特别注意安全。因而，如果保护开关会主动地执行自测试，则会是有意义的。问题是，通过执行自动的自测试，可能会中断可能刚刚开始的充电过程。 
发明内容
本发明的任务在于，如下扩展根据权利要求1的前序部分所述的用于开始运转用于给电池充电的设备的方法：在任何情况下都检查现有的保护开关，而不由此发生对运行的干扰。提供为此所需要的装置也与该任务相关。 
该任务在方法方面通过具有权利要求1的特征的方法来解决，并且在对此需要的装置方面通过根据权利要求8所述的用于给汽车的电池充电的设备和根据权利要求9所述的保护开关设备来解决。 
根据本发明的方法因此包括下述步骤： 
-在设备中通过保护开关检测在汽车和电流源之间的电连接的存在， 
-向汽车发出不允许开始充电的状态消息， 
-通过保护开关(自动地)执行自测试，并且如果保护开关具有运行能力，则 
-必要时闭合在自测试时打开的开关接触部，和 
-向汽车发出允许开始充电的状态消息，使得汽车启动充电过程。 
因此本发明将如下概念联系起来：随着自测试的执行，用于给电池充电的设备与汽车进行通信。由此防止在自测试期间开始充电过程。自测试的执行能够自动地实现，使得照顾到正与汽车进行接触的人员的高的安全性。自测试不干扰充电过程。 
以本身公知的方式优选地在自测试时模拟故障电流，并且当保护开关具有运行能力并且自身重新检测所模拟的故障电流时，在保护开关中打开开关接触部。 
通信优选地在保护开关自身和汽车之间进行，特别是通过使保护开关与汽车耦合的线路进行。如此外针对通信所设置的那样，在线路上施加以预先确定的持续时间比(占空因数)在两个值之间往复跳跃的电压，其中通知关于该占空因数的值的消息。接着，一个确定的值正好与不允许开始充电的消息相关，并且另一值与允许开始充电的消息相关。基本上在这种情况下可以与公知的概念联系。 
迄今可以通过＜3％的占空因数通知充电是不容许的。通过具有更高的值的占空因数通知分别可供使用的电流强度。当通过值说明充电的电流强度时，允许开始充电的消息可以被视为隐含地包含在把占空因数设置为该值中。但是，为容许充电的专有消息预留确定的占空因数也是完全一样好的。 
如针对通信接口迄今已经设置的那样，优选地也在保护开关的区域中从保护开关所测量的电压的值的变化识别在汽车和电流源之间的连接的存在。当线缆先前已经与地面固定的设备耦合并且紧接着汽车被连接时，这尤其是有意义的。接着，汽车改变输入阻抗，使得电压例如下降。 
相反地，也可能的是，包含保护开关的线缆首先与汽车耦合，并且接着才被连接到用于给电池充电的地面固定的部分。然后，由保护开关从该保护开关上的供电电压的提供来识别连接的存在。 
对于根据本发明的方法重要的是如何导入充电过程的启动。 
也不是不重要的是，在保护开关没有运行能力的情况下负责补救。在这种情况下，优选地通过保护开关发出故障信号。这可以是光学的、声学的或者触觉的信号，例如在地面固定的连接设备中或者甚至也在汽车中，保护开关直接发出该信号或者该信号通过电信号被发出。 
根据本发明的用于给汽车的电池充电的设备包括如下保护开关：该保护开关被设计来执行自测试并且在这种情况下通过至少一个向汽车发送的消息来中断通过汽车对于充电过程的导入。 
与此相对应地，根据权利要求9所述的保护开关设备包括用于执行自测试的装置以及用于与所连接的负载进行通信的装置。 
在所述设备和保护开关设备的情况下，因此在保护开关设备中集成通信接口，以便能够通过该通信接口进行与所连接的负载(亦即尤其是汽车)的通信。这里也反映，本发明将一方面为与所连接的汽车进行通信的概念而另一方面为系统地执行自测试的概念相互联系起来。 
优选地，用于通信的装置在根据本发明的保护开关设备中在由该保护开关设备执行自测试时发出预先确定的信号。 
以公知的和上面描述的方式通过时钟脉冲信号(Tastsignal)进行通知。 
保护开关设备优选地在给汽车充电时所使用的(充电)线缆中被提供。 
附图说明
下面参照附图说明本发明的优选实施形式，其中： 
图1是阐明在包括保护开关在内的情况下给汽车充电的情形的示意图，以及 
图2是用于说明根据本发明的方法的实施形式的流程图。 
具体实施方式
在图1中仅示意性绘出的地面固定的设备10与整体用12标明的充电线缆一起构成用于给汽车16中的电池14充电的设备。地面固定的设备10与电网耦合，并且为充电线缆12提供用于该充电线缆12的接线端子，在所述接线端子中提供相关的导体L、N和PE。充电线缆12可与汽车16的在该图中未示出的相对应的连接插座连接。 
在充电线缆12中集成地有保护开关设备18。在保护开关设备18的内部，线路L、N、PE延续，其中开关接触部20a、20b、20c用于中断通过线路L、N或PE的电流的流动。 
中断通过适合的装置22以本身公知的方式来引起，另一方面通过装置24可以引起开关接触部重新闭合。保护开关设备18可以通过装置26执行自测试：为此产生与常规故障电流一样通过装置22引起开关接触部20a、20b和20c的打开的故障电流。装置24和26由控制单元28驱动。 
保护开关设备18包括线路接线端子30，所述线路接线端子30可与汽车耦合。在该接线端子上可以通过振荡器32施加交流电压，其中该交流电压的特征在于，在两个离散值之间往复跳跃，其中保持在单个水平的持续时间在通过例如为1kHz的频率说明的周期之内是可变的。换句话说，说明电压在高值保持多 长时间和电压在低值保持多长时间的占空因数能被调节。 
在汽车中有微处理器34，该微处理器34可以测量该占空因数。由此可以在控制单元28的控制下通过线路30传送信息。在汽车中可以操纵开关36，通过该开关36可以改变在线路30的接线端子的区域中的输入阻抗。由此改变电压在其间往复跳跃的两个值中的至少一个值，并且这可以通过保护开关设备中的单元38来测量。 
下面根据图2说明如何开始使用由地面固定的设备10和充电线缆12组成的用于给电池充电的设备。 
在第一步骤S10检测汽车16确实被连接。用于测量在线路30和测量电位之间降落的电压的设备38检测汽车的输入阻抗。 
相反地，在充电线缆12先前与汽车16耦合的情况下，保护开关设备18能够认识到，该保护开关设备18从地面固定的设备10获得汽车的供电电压。 
在保护开关设备18检测了汽车之后，该保护开关设备18直接转向向汽车发出关于在由振荡器32提供的电压的占空因数的消息。在此情况下通知不允许充电。例如，占空因数可以被设置为＜3％，以便在步骤S12给出该消息。 
在该消息在控制单元28的控制下被发出之后，控制单元28促使单元26被激活并且按照步骤S14执行自测试。 
在自测试的范围内，在保护开关设备18完全具有运行能力的情况下必须在充电线缆12中打开开关接触部20a、20b、20c。在步骤S16检验这是否是如下情况：自测试的输出亦即是肯定的。 
当自测试的输出是否定的时，控制单元28向例如被构造为报警信号灯的显示单元40给出信号：因此在步骤S18给出故障显示，以便操作员能够认识到保护开关不具有运行能力。在步骤S12给出的消息没有被收回，使得汽车16不开始充电过程。 
反之，如果自测试肯定地进行，则甚至所有接触部被打开。在这种情况下，根据步骤S20首先重新闭合开关接触部20a、20b、20c。然后，按照步骤S22向车辆16给出关于由振荡器32提供的电压中的占空因数的消息：现在允许充电。该消息可以隐含地通过如下方式来给出：通过占空因数通知允许汽车16最大“吸取”多少电流强度，亦即关于线路L、N和PE允许如何调节输入阻抗。当控制单元28具有附加的信息、例如关于地面固定的设备10的状态的信息时， 这是有意义的。在充电线缆12与地面固定的设备10固定耦合时，这可以被存储在控制单元28中，或者可以通过分开的通信接口(在该图中未示出)，由地面固定的设备10向控制单元28给出通知。 
在汽车16因此获得允许充电或者如何允许充电的通知之后，汽车16相对应地接通其输入阻抗，使得电流回路闭合并且给电池14充电。 
通过本发明，在保护开关设备18自身内提供与汽车16的通信的可能性。在这种情况下，保护开关设备18不需要如上所述的那样是充电线缆12的部分，而是也可以按照地面固定的设备10的类型正好也被集成到该地面固定的设备中，例如被集成到专门为给电驱动的汽车的电池充电而设置的充电站中。 
保护开关设备18负责与汽车16进行接触的人员的安全。通过该保护开关设备18主动地执行自测试并且在这种情况下中断电池14的充电，安全性是特别高的。 
附图标记列表 
10                     地面固定的设备 
14                     电池 
16                     汽车 
18                     保护开关设备 
20a、20b、20c          开关接触部 
22                     用于中断的装置 
24                     用于使开关接触部闭合的装置 
26                     用于产生故障电流的装置(自测试) 
28                     控制单元 
30                     线路接线端子 
32                     振荡器 
34                     微处理器 
36                     开关 
38                     设备 
40                     显示单元 
S10、S12、S14、S16、 
S18、S20、S22          方法步骤 。

Claims (12)

1.用于开始运转用于给汽车的电池充电的设备的方法，其中所述设备包括保护开关(18)，并且其中汽车被设计为基于状态消息启动充电过程，其特征在于下述步骤：
-在所述设备中通过保护开关(18)检测(S10)在汽车(16)和电流源(10)之间的电连接的存在，
-向汽车(16)发出(S12)不允许开始充电的状态消息，
-通过保护开关(18)执行(S14)自测试，并且如果保护开关有运行能力，则
-必要时闭合(S20)在自测试时打开的开关接触部，和
-向汽车发出(S22)允许开始充电的状态消息，使得汽车(16)启动充电过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在保护开关(18)自测试时模拟故障电流，并且当保护开关(18)有运行能力并且检测所模拟的故障电流时，在保护开关(18)中打开开关接触部(20a、20b、20c)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，状态消息的通知通过使保护开关(18)与汽车(16)耦合的线路(30)进行。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在线路(30)上施加以如下占空因数在两个值之间往复跳跃的电压：通知关于所述占空因数的值的消息。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过保护开关(18)从被测量的电压的值的变化识别连接的存在。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，由保护开关从保护开关上的供电电压的提供识别连接的存在。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，如果保护开关不具有运行能力，则通过保护开关发出故障信号(S18)或者引起故障信号的发出。
8.用于给汽车的电池充电的设备(10、12)，保护开关(18)与所述设备相关，所述保护开关(18)被设计来执行自测试并且在这种情况下通过至少一个向汽车(16)的消息来中断汽车(16)对于充电过程的导入。
9.保护开关设备(18)，其具有用于执行自测试的装置(26)以及用于与所连接的负载(16)进行通信的装置(32)。
10.根据权利要求9所述的保护开关设备，其特征在于，用于通信的装置(32)被设计为在执行自测试时发出预先确定的信号。
11.根据权利要求9或10所述的保护开关设备，其中，用于通信的装置(32)发出交替地在两个值之间跳跃的具有可变的保持在电压值上的持续时间比的电压。
12.用于给汽车充电的充电线缆，其中，提供根据权利要求9到11之一所述的保护开关设备(18)。
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