CN103163410A - 充电缆线的检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电缆线的检测。一种用于检测在电驱动的机动车辆（1）与相应充电站之间的连接状态的方法，其中该机动车辆（1）通过一个相关联的车辆侧控制指示（CP）线（3）而具有一种控制指示（CP）功能，该方法的特征在于，在该机动车辆与该充电站之间的控制指示线的长度是通过一个电力线通信（PLC）芯片（4）来度量的。

Description

充电缆线的检测

技术领域

本发明涉及一种用于检测电驱动的机动车辆与对应的充电站、对应的设备与电动车辆之间的连接状态的方法。

背景技术

所称的混合动力车辆已经变得非常普及，混合动力车辆由至少一个电动机以及一个另外的能量转换器（通常是内燃发动机）来驱动，并且混合动力车辆从燃料箱并且从车辆中用于电能的存储设备中获取能量。内燃发动机能够以混合驱动模式在有利的效率范围内更频繁且更长久地运行。所产生的过度能量由一个用于对电池进行充电（即对用于电能的存储设备进行充电）的发电机使用。

当然，除了混合动力车辆以外，还存在着专有地通过电能驱动的纯电动车辆。电池由外部能量源来充电的这类电动车辆已知为插电式车辆（Plug-in-Fahrzeuge）。这类插电式车辆除了从家用电网（即在停车库中）充电，还可在公共场所（例如，在车库(Garagen)或者直接在停车场附近的道路边）的充电站进行充电。

US 7,688,024B2描述了一种用于监控车辆的充电的设备。一个电阻器被连接到具有车辆入口的第一端子和第二端子。用于传输指示控制信号（Pilotsignal）的控制指示线（Pilot-Linie）被连接到第一端子。如果该车辆入口未被连接到插头，则将对一个对应的开关关闭。

当电池在充电站处被充电时，重要的是车辆与充电站之间的信息（例如涉及车主或耗电量）被快速且可靠地交换。此外，如果机动车辆自动检测充电类型以便能够对车辆驾驶者提供关于充电过程结束的精确指示，则是有利的。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供用于自动检测电动车辆与充电站之间的连接的一种方法，以便因此改善用户友好性并加快对应的电能存储设备的充电。

在这方面，本发明提出了如下述1所述的用于检测在电驱动的机动车辆与对应的充电站之间的连接状态的方法、如下述6所述的对应设备以及如下述7所述的电驱动的机动车辆。在下述2-5中描述了多个有利的实施方案。

1.一种用于检测在电驱动的机动车辆与相应充电站之间的连接状态的方法，其中该机动车辆通过一个车辆侧控制指示线而具有一种控制指示功能，其特征在于，在该机动车辆与该充电站之间的控制指示线的长度是通过一个电力线通信芯片来度量的。

2.如前述1所述的方法，其中在该机动车辆与该充电站之间的控制指示线的长度是通过信号衰减、信号反射以及信号传输时间来度量的。

3.如前述2所述的方法，其中该PLC芯片沿着该CP线在该机动车辆与该充电站之间发送一个信号并且接收在该机动车辆与该充电站之间的CP线的端部被反射并且返回该PLC芯片的信号，其中该信号行进的距离的长度是根据信号传输时间来确定的。

4.如前述3所述的方法，其中在该机动车辆与该充电站之间的该CP线的长度由该信号行进的距离明确地确定。

5.如前述4所述的方法，其中基于在该机动车辆与该充电站之间的该CP线的长度确定一种确定的线缆类型。

6.一种用于检测在电驱动的机动车辆与相应充电站之间的连接状态的设备，该设备具有的装置被配置成实施如前述1到5之一所述的方法。

7.一种电驱动的机动车辆，特别是具有如前述6所述的设备的电动车辆。

在此提供了一种用于检测电驱动的机动车辆与一个对应充电站之间的连接状态的方法，该机动车辆具有一种控制指示功能以及一个相关联的车辆侧控制指示线，在该方法中在该机动车辆与该充电站之间的控制指示线的长度是通过一个电力线通信芯片来度量的。

在电动车辆与充电站之间的一条主控制线称为控制指示（CP）线，该控制线经由电动车辆的对应控制电路（Steuerschaltung）连接到一个设备地线

并且实现（除其他事项之外）以下功能：

-检查车辆的存在及连接；

-允许电源的供电和切断；

-将充电站的额定电流传输到车辆；以及

-监控设备地线的存在。

为此目的，在充电过程中，在充电站的充电柱/充电缆线与车辆之间使用了电压调制的和脉冲宽度调制的信号。

经由电网的数据传输被称作电力线通信（PLC）。关于电力线通信（PLC）的更多细节可以通过2000年Franzis Verlag出版社的K·多斯特尔特（K.Dostert）的“电力线通信（POWER LINE Communication）”一书中找到。在这本书中做出了关于PLC的以下陈述。虽然过去仅电源供电公司能够利用PLC产生利润，但是由于对电信市场和能源市场解除管制，在20世纪末这种情况已从根本上得到了改变。典型的访问网的容量达到直至近似20MHz的频率范围以及直至350Mbit/s的数据速率，从而提供了很大潜力。然而，使用的可能性不是无限的，这是由于一种无意的无线电发射的结果，所要求的频段的分配可对主要无线电服务产生不利影响。因此，折中办法是要求限定可使用的范围及等级极限值（Pegelgrenzwerten）。此外，在尽可能对称的传输路径上应找到在每个时钟脉冲中发生的大范围的响应信号传播。虽然电信网络从开始就考虑到这方面，但是能量分布网络（具体在建筑物中）通常是远离对称状态的。因此，相对于用于“网络调节”的电磁兼容性和可能性识别，慎重选择频率范围和调制方法是特殊挑战。在中欧，电力供应可以分成三个等级：高电压等级（110kV至380kV）、中电压等级（10kV至30kV）以及具有0.4kV的低电压等级。不同的电压等级用于以低损耗来跨越不同距离。在这些电压等级之间存在变压器，这些变压器对于PLC传输频率是天然屏障。对于交流电，由于集肤效应，导线的电阻会随着频率而增长，更准确地说，它将以频率的平方根而增长。此外，在绝缘材料中发生缆线电损耗的情况下，这会导致耗散损失的频率成比例增加。布线的电参数经受宽泛的偏差，其结果是阻尼和阻抗要求对应的高容许偏差。目前通常使用的缆线具有四区段几何形状，其可以被模型化成具有带状线模型。其结果是，可以确定对于PLC重要的阻抗和阻尼变量。在两相之间的信号供给的情况下，获取到一个约45Ω至50Ω的阻抗，同时可观察到低频率依赖性，这预示着小的损耗。相比之下，阻尼将随着频率的增加而增加并且在20MHz和1km长时达到约50dB的值。因此，阻尼总体上随频率而增加。与常规通信信道相比，电网的干扰不能被模型化为加性白高斯噪声（AWGN）。这是由于这样一个事实，即除有着相对低光谱功率密度的彩色背景噪声以外，窄带干扰也会由于无线电发送器以及尤其是不同类型的脉冲干扰器而发生。脉冲干扰器具有高度随时间而变化的特性，即在微秒和毫秒的区域内计算的改变。当一个脉冲产生时，光谱功率密度将显著地升高，在数据传输期间很可能导致比特错误或是突发错误。为了设计高速PLC系统，信道的脉冲响应的知识是必要的以便限定重要参数，如符号的长度。信道的脉冲响应通过傅里叶变换而与复合传输功能相联系。为了进行必要的测量，通常需要一条返回线。这特别是在使用一根主线是不会有太大问题的住宅安装网络中已经实施。

电信产业中的标准调制方法已被证明不适合于电力线通信（PLC）。仅在适合的特定修改之后，才可成功使用以下方法，但这也会导致相当大的质量差异：

1.频带扩展方法，如“直接顺序扩频（DSSS）”；

2.宽带单载波方法

3.具有自适应判决反馈耦合均衡的宽带多载波方法

以及

4.呈正交频分复用（OFDM）形式的多载波方法。

仅在第三和第四种方法中有待传输的数据流才不会集中在一个连续的频谱中，但是如果必要的话其也可被分配在带有任何希望的中间间隔的子信道中。在OFDM的情况中，子信道的数目高并且它们可以各自具有相同的宽度。OFDM似乎特别适合作为一种调制方法。OFDM是一种已经在数字无线电和ADSL中得到证实的技术。OFDM是健壮的（robust），特别是抵抗多路径传播和各种类型干扰。可供使用的光谱B被分成多个窄的子信道。数据传输以频率f₁，f₂，……f_N在N个载波上同时进行。于是，每个子信道具有带宽

由于这些子信道窄，所以在每个信道中都存在恒定阻尼以及恒定群组传输时间。均衡是简单的或者通常甚至不是必要的。这是优于宽带单载波方法的一个显著优点。

国际标准IEC 62196涉及用于电动车辆的插入式接头（插头）、插座、套管和集束的缆线，这些缆线用于有缆线约束的充电系统。例如，这可以从维基百科（Wikipedia）中清楚的是，它们被限定用于以下范围：

·具有50Hz至60Hz的690V交流电压，给定一个直至250A的额定电流；以及

·600V直流电压，给定一个直至400A的额定电流。

这种标准指定了三类充电模式以及相关缆线类型：

第1类：提供用于直至16A的家用电流的充电模式。在此没有提供CP（控制指示）触点，以实现该充电过程。小于16A的插头和缆线不通过发送信号进行通信，而提供其对应设备本身上标注的最大电流强度。

第2类：被提供用于直至32A的设备电流的充电模式，如经常在单相配置和三相配置中存在。在这种模式中，一个CP触点被使用在插头中，该触点起到了插座中的开关的作用。在此提供了根据IEC 60309工业插头的使用，而具有32A规格及更高规格的其他工业插头也是可使用的。也可使用不具有发送信号的适合的第1类充电插头，但是充电电流于是被限制在16A。

第3类：提供用于直至250A的快速充电的充电模式。使用带有根据第2类的CP触点的简单插头，但它们将充电电流限制在32A。对于相对较高的充电电流，必须检测一种适合的充电模式。参考标准IEC60309采用了用于直至250A的对应充电系统的物理参数，例如缆线直径以及插头中的插脚直径。通过脉冲宽度调制，对最大可允许的充电电流或数字通信的可用性进行编码。数字通信的可用性形成了用于电动车辆的受控充电的基础，以便有利地影响充电过程。

目前提供的PLC芯片使用了存在于电驱动的机动车辆中的一根CP线（即，一根车辆侧CP线），以检测该电驱动的机动车辆与一个对应的充电站之间的连接状态。为此目的提供的是，通过该PLC来度量机动车辆与充电站之间的CP线长度。由于机动车辆与充电站之间的CP线长度取决于充电模式，因此能快速地确定对应的缆线类型以及由此相应的充电模式。

为此目的，PLC芯片将信号发送进入CP线中，该信号在CP线的端部被反射并且返回至PLC芯片。类似于一个回波，该CP线的长度以及因此该充电模式是基于反射信号的特性来确定的，例如该信号的衰减

或该信号的传输时间。

其结果是，可以自动检测该充电模式，这允许一个快速充电过程。

此外，提供一种用于检测在电驱动的机动车辆与相应充电站之间的连接状态的设备，该设备使用根据本发明的方法。

此外，提供一个电驱动的机动车辆，特别是具有根据本发明用于检测在电驱动的机动车辆与相应充电站之间的连接状态的设备的电动车辆。

附图说明

从说明书和附图中得出本发明的进一步的优点和改进。

不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，以上指明的这些特征以及以下仍有待说明的这些特征不仅可以在对应限定的组合中使用，而且还可在其他组合中使用或单独使用。

在附图中：

图1是电动车辆中缆线连接的第一配置的示意图，其中车辆与充电站之间没有连接，

图2是电动车辆中缆线连接的第二配置的示意图，其中连接了一根第1类缆线，

图3是电动车辆中缆线连接的第三配置的示意图，其中连接了一根第2类缆线，并且

图4是电动车辆中缆线连接的第四配置的示意图，其中连接了一根第3类缆线。

具体实施方式

本发明是在这些附图中通过多个实施方案示意性展示的，并且参照附图予以示意性及详细说明。

图1是电动车辆1中缆线连接的第一配置的示意图，其中车辆与充电站之间没有连接。电动车辆1的用于对至少一个电池进行充电的缆线连接（除了适于电流流动的装置之外）具有用于在电动车辆1与相应充电站之间传送数据的一个PLC芯片2。PLC芯片2为此目的使用一根CP线，当该缆线未被连接时，该CP线仅沿着一根车辆侧CP线3从PLC芯片2延伸远至电动车辆1车身处的插座4。为了检测缆线是否连接到车辆1，PLC芯片2沿着CP线传输信号，该信号在CP线的端部被反射并且返回至PLC芯片2，这个芯片检查这个信号。如果已知信号速度，则根据一个有待确定的信号传送时间（即在传送与接收之间的时间），可确定该CP线的相应长度。由于图1中没有连接的缆线，所以CP线仅沿着车辆侧CP线3从PLC芯片2延伸远至插座4，并且因此相对较短。已知车辆侧CP线3的长度，从而可明确地确定在这个实例中没有另外的缆线连接到CP线。另外，由于不可测量到电流的流动，还可确定该机动车辆也未通过第1类缆线连接到充电站。

图2是电动车辆1中缆线连接的第二配置的示意图，其中连接了一根第1类缆线。第1类缆线被提供用于直至16A的家用电流。在这些缆线中没有提供CP（控制指示）触点，以实现该充电过程。其结果是，CP线以一种与图1相类似的方式，也仅沿车辆侧CP线3从PLC芯片2延伸至车辆1处的插座4。然而，相比于图1，由于电动车辆1通过缆线5连接到一个充电站6，所以电流流动经过缆线5。通过上述方法，PLC芯片2检测出未连接第2类或第3类缆线。由于同时的电流的流动，得出的结论是车辆上连接了一根第1类缆线。

图3是电动车辆1中缆线连接的一种第三配置的示意图，其中连接了一根第2类缆线。第2类充电模式被提供用于直至32A的设备电流，如经常可以在单相配置和三相配置二者中找到。在这种模式中，在插头中使用一个CP触点，这个CP触点在插座中起到一个开关的作用。在此提供了根据IEC 60309的工业插头的使用，但也可以使用具有32A规格及更高规格的其他工业插头。在这种第2类缆线中的CP线7没有沿着对应缆线的整个长度延伸，而是仅从缆线的车辆侧端部延伸远至带有一个集成CP通信模块的缆线内模块8。如果PLC芯片2发送一个信号，则该信号在模块8被反射。相比于图1和图2，因为整个CP线是由车辆侧CP线3和缆线侧CP线7组成，所以信号传输时间将长于具有第1类缆线的情况中的信号传输时间。因为该CP线与该电源线分开延伸，所以在此可以独立于电流的流动来检测第2类缆线的连接。电流流动的存在可被分立地确定，例如在该缆线内模块8中的CP通信模块可将一个相应的信号发送到PLC芯片2。

图4是电动车辆的情况中缆线连接1的第四配置的示意图，其中连接了一根第3类缆线。第3类充电模式被提供用于直至250A的高速充电。可以使用带有第2类CP模块的简单插头，但是将充电电流限制在32A。对于相对较高的充电电流，有必要检测一种适合的充电模式。参考标准IEC 60309采用了直至250A的用于相应的充电系统的物理参数，例如缆线直径以及插头中的插脚直径。通过脉冲宽度调制，对最大可允许充电电流或实用性的数字通信进行编码。实用性的数字通信形成了用于电动车辆的受控充电基础，以便有利地影响该充电过程。在第3类缆线的情况下，提供了在电动车辆与该充电站之间延伸的CP线9；该CP模块在此被安排在该充电站（未示出）中。如果PLC芯片2沿着CP线传输信号，该信号首先以充电站6的等级来反射，由于CP线是由车辆侧CP线3和缆线侧CP线9组成，其线总计长于图3中CP线3和CP线7的总长。

尽管这些缆线的长度不是标准化的，但是例如在第2类缆线的情况下预先确定了在电动车辆或车辆车身的插座4与插入到插座4中的第2类缆线的缆线内模块8中的CP模块之间的最大距离并且一定不能超过这个距离。这个最大距离与第3类缆线长度的最短可允许距离相比更短，并且因此可明确地区分缆线类型。

通过所述方法，可以快速且可靠地确定在电驱动的机动车辆与一个相应的充电站之间的连接状态。因此检测出什么类型的充电缆线被连接到车辆以及电流是否流动经过所连接的缆线。

Claims (7)

1.一种用于检测在电驱动的机动车辆（1）与相应充电站之间的连接状态的方法，其中该机动车辆（1）通过一个车辆侧控制指示（CP）线（3）而具有一种控制指示（CP）功能，其特征在于，在该机动车辆与该充电站之间的控制指示线的长度是通过一个电力线通信（PLC）芯片（4）来度量的。

2.如权利要求1所述的方法，其中在该机动车辆与该充电站之间的控制指示线的长度是通过信号衰减、信号反射以及信号传输时间来度量的。

3.如权利要求2所述的方法，其中该PLC芯片（4）沿着该CP线在该机动车辆与该充电站之间发送一个信号并且接收在该机动车辆与该充电站之间的CP线的端部被反射并且返回该PLC芯片（4）的信号，其中该信号行进的距离的长度是根据信号传输时间来确定的。

4.如权利要求3所述的方法，其中在该机动车辆与该充电站之间的该CP线的长度由该信号行进的距离明确地确定。

5.如权利要求4所述的方法，其中基于在该机动车辆与该充电站之间的该CP线的长度确定一种确定的线缆类型。

6.一种用于检测在电驱动的机动车辆与相应充电站之间的连接状态的设备，该设备具有的装置被配置成实施如权利要求1到5之一所述的方法。

7.一种电驱动的机动车辆，具体是具有如权利要求6所述的设备的电动车辆。

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