CN103260934A

CN103260934A - 用于识别短路的方法和设备

Info

Publication number: CN103260934A
Application number: CN2011800601154A
Authority: CN
Inventors: J.雷恩希克; H.巴拉格
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-08-21
Also published as: US20130278273A1; DE102010042750A1; EP2629999A1; WO2012052517A1

Abstract

本发明涉及一种用于识别在与电的充电装置（15）相连的、用于为电动车辆（1）的电池（3）充电的充电缆线（10）中的短路的方法。在该方法中，对于测试电压选择第一电压值。通过对充电缆线（10）施加该测试电压来测试在充电缆线（10）中或在与充电缆线相连的接触装置（7，23）中是否存在短路。在存在短路的情况下输出故障信号；在不存在短路的情况下逐步提高测试电压直到最大的电压值。借助提高的测试电压分别测试在充电缆线（10）中或在与充电缆线相连的接触装置（7，23）中是否存在短路。

Description

用于识别短路的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于识别在与电的充电装置相连的、用于为电动车辆的电池充电的充电缆线中的短路的方法和设备。

背景技术

在道路交通中电驱动的车辆（电动车辆）的数量在不久的将来估计会明显增加。于是在公共交通领域以及在私有地带都需要大量充电装置，以便在需要时对这些电动车辆的电池再次充电。

从国际专利申请WO2010/032320A1中公知一种电动车辆和一种这样的充电装置。该电动车辆具有用于对在车辆内部敷设的电导线检查短路的设备。

对于电的充电装置可以设想的是，用于将电动车辆与充电装置相连的充电缆线不是持续地与充电装置相连，而是在电动车辆上一起引导并且在需要时与充电装置的插座相连。在此可以出现如下情况，即，具有短路的有故障的充电缆线与充电装置相连。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供可以用来安全和可靠识别与电的充电装置相连的充电缆线中的短路的一种方法和一种设备。

上述技术问题按照本发明通过按照权利要求1的方法和通过按照权利要求10的设备解决。方法和设备的有利的实施方式是各个从属权利要求的内容。

本发明涉及一种用于识别在与电的充电装置相连的、用于为电动车辆的电池充电的充电缆线中的短路的方法，其中在该方法中

-对于测试电压选择第一电压值，

-通过对充电缆线施加该测试电压来测试，在充电缆线中或在与充电缆线相连的接触装置中是否存在短路，

-在存在短路的情况下输出故障信号，并且

-在不存在短路的情况下逐步提高测试电压直到最大的电压值，并且借助提高的测试电压分别测试，在充电缆线中或在与充电缆线相连的接触装置中是否存在短路。

在此特别有利的是，在不存在短路的情况下逐步地提高测试电压直到最大的电压值，并且利用该提高的测试电压分别测试，在充电缆线中或在与充电缆线相连的接触装置（例如在与充电缆线相连的电动车辆的充电插座）中是否存在短路。利用该方法有利地也可以识别如下的短路，该短路从特定的电压高度起才出现，但是该短路在小的测试电压的情况下尚不能被注意到。

“出现短路”在本专利申请的范围内被理解为在充电缆线的导体之间或在接触装置的触点之间的绝缘电阻减小到低于允许的程度，从而在这些导体或触点之间流过不期望的电流。绝缘电阻的这样的减小例如可以由于绝缘材料损坏而出现或者由于接触装置的触点脏污而出现。在此，绝缘材料的损坏或脏污是可以设想的，其中绝缘特性在小的电压的情况下尚足够，但是在更高的电压的情况下对于导体或触点的安全的绝缘来说不再是足够的。

当测试电压已经达到最大的电压值并且在该测试电压的情况下分别识别到短路不存在时，则可以以不存在短路的结果来结束该方法。有利地，当在所有的测试电压的情况下并且由此也在具有最大的电压值的该测试电压的情况下分别识别到不存在短路（即，没有识别到短路）时，才结束该方法。

该方法在此可以这样运行，即，通过如下来测试在充电缆线中或在与充电缆线相连的接触装置中是否存在短路：

-以测试电压对电容器充电，

-以在电容器上呈现的测试电压施加到充电缆线，

-在预定的时间段期间监视在充电缆线上呈现的电压，

-当在该时间段期间出现的（在充电缆线上呈现的电压的）电压改变超过了预定的阈值时，识别到短路的存在，或者

-当在该时间段期间出现的（在充电缆线上呈现的电压的）电压改变没有超过预定的阈值时，识别到短路的不存在。

以这种方式可以有利地非常简单地识别是否存在短路。为此足够的是，仅在该时间段期间监视在充电缆线上呈现的电压并确定，是否出现电压并且该电压改变的数值是否超过预定的阈值。这一点在技术上非常简单地借助例如电压传感器和电子的电压监视电路来实现。

该方法可以这样构造，使得第一电压值为1伏特和42伏特之间。

该方法也可以这样构造，使得最大的电压值为电动车辆的电池的最大的充电电压的100%和400%之间。在此有利地确保，即使是电压处于电池的充电电压的数量级并且更高，也不出现短路。

该方法可以这样来实现，即，在方法开始时充电缆线与电动车辆的接触装置相连，但是在电动车辆的接触装置和电动车辆的电池之间的电流（在电动车辆中）首先被阻止。

在此特别有利的是，利用该方法不仅可以对充电缆线，而且同时附加地还可以对电动车辆的接触装置（例如充电插座、插座或充电插槽）检查短路的存在。

此外有利的是，在电动车辆的接触装置和电动车辆的电池之间的电流首先被阻止。由此确保，测试电压不受具有首先未知的充电状态的电池影响。

该方法也可以这样构造，使得在该方法以不存在短路的结果结束（于是在电动测量侧可以允许在电动车辆的接触装置和电动车辆的电池之间的电流）之后，才由充电装置向电动车辆发送电流允许信号。由此有利地确保了，在接触装置和电池之间的电流只有当识别到在充电缆线或接触装置中不存在短路时才被允许。

本发明还涉及一种用于识别在与电的充电装置相连的、用于为电动车辆的电池充电的充电缆线中的短路的设备，其中该设备构造为用于执行前面描述的方法。

该设备的优点与上面关于按照本发明的方法所提到的优点相应。

该设备可以是用于对电动车辆的电池充电的（车辆外部的）充电装置的部分。

该设备可以这样构造，使得用于利用测试电压施加到充电缆线的电容器是低通滤波器的元件，通过充电缆线流动的电流经过该低通滤波器流动。

在按照本发明的设备的该实施方式中，有利地不需要附加的电容器，而是本来就作为低通滤波器的元件而存在的电容器也用于短路识别。

附图说明

以下借助实施例详细解释本发明。为此，附图中，

图1示出了借助充电缆线相连的充电装置和电动车辆的示意图，

图2示出了该方法的流程的实施例，

图3示出了按照本发明的设备的实施例。

具有相同的功能和作用方式的元件在附图中具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1在右边示出了电动车辆1的部分。该示意图基本上仅示出电动车辆的电池3，用于存储除了别的之外对于电动车辆的行驶运行所需的电能。该电池3经过开关5与电动车辆1的接触装置7电相连。开关5例如构造为直流接触器或构造为直流负荷分离开关。该接触装置7在实施例中是插座或插槽，充电缆线可以与其相连，以便对电池3充电或放电。

为了对电池3充电或放电，电动车辆1的接触装置7经过充电缆线10与充电装置15电相连。充电装置15例如可以是在公共的交通领域中设置的充电柱或者是在电流加油站处的“电流加油柱”。在实施例中对电动车辆1（确切来说电动车辆1的电池3）利用直流电流充电，该直流电流经过充电缆线10传输到电动车辆。对充电装置15仅示意性示出了交流-直流转换器18（AC/DC转换器），其交流电流接头与交流电源20（例如具有400V交流电压的交流供电网）相连。交流-直流转换器18的直流电流接头经过充电装置15的接触装置23可以与充电缆线10相连。在实施例中充电缆线10既与充电装置15的接触装置23又与电动车辆1的接触装置7相连。

在按照本发明的方法和按照本发明的设备中，在实际的充电过程开始之前借助充电缆线10将充电装置15与电动车辆1相连。在电动车辆1中，开关5从电的角度来看位于接触装置7的直接之后并且将电池3与接触装置7分离。在充电缆线10连接到接触装置7的情况下开关5断开。在闭合的充电缆线的情况下并且在此外断开的开关5的情况下，充电装置15检查在与车辆的电连接（充电缆线）中是否存在短路。该短路的原因例如可以在被操纵的或损坏的接触装置7中或在被操纵的或损坏的充电缆线10中（例如在充电缆线10的电流缆线中或在充电缆线10的插座中）。对接触装置7和23和在接触装置7与开关5之间的连接同样可以检查是否存在短路。如果充电装置15检测到短路，则充电装置15输出相应的故障信号并且由此将短路除了别的之外通知到电动车辆1。此外充电装置5过渡到如下状态，在该状态中不可以开始充电过程。

图2借助流程图详细描述在充电装置15中运行的短路识别方法。首先对于测试电压选择第一电压值（最小的电压值Umin）（方法步骤30）。然后利用该测试电压对电容器充电（方法步骤32）。然后将电容器与充电缆线并联，即，将电容器的一个极与充电缆线的一个导体相连并且将电容器的另一个极与充电缆线的第二导体相连（方法步骤34）。由此充电缆线被施加以在电容器上呈现的测试电压。

然后在预定的时间段期间监视在充电缆线上呈现的电压（方法步骤36）。预定的时间段在此例如可以为0.1s和0.5s之间。测量在充电缆线上（并且由此也在电容器上）呈现的电压在该预定的时间段期间改变了哪个值。换言之，测量在充电缆线或电容器上呈现的电压在预定的时间段期间下降了多少。当该电压改变/电压下降超过预定的阈值（阈值）时，则出现短路或接近短路的状态（方法步骤38，选项“是”）。在该情况中也就是识别到短路并输出相应的故障信号。如果电压改变不超过阈值（方法步骤38，选项“否”），则首先检查测试电压是否已经达到了最大的电压值Umax（方法步骤40）。如果是（方法步骤40，选项“是”），则该方法以不存在短路的结果结束。但是，如果还没有达到最大的测试电压Umax，则提高测试电压（方法步骤42）。然后利用（提高的）测试电压对电容器充电（方法步骤32）并且重新运行后面的方法步骤。

在图3中示出了用于识别短路的设备。与图1一致地，在图3中示出了充电装置15、电动车辆1和将充电装置与电动车辆相连的充电缆线10。

在图3的上部示出了以交流电网50形式的交流电源，其经过三极导线与充电装置15相连。在此，交流电源50与交流-直流转换器18的交流输入端相连。交流-直流转换器18（AC/DC转换器）是变流器设备53的部分，其在实施例中是六脉动的晶闸管变流器。该变流器设备53除了别的之外包含用于交流-直流转换器18的控制器54。

交流-直流转换器18的直流输出端经过低通滤波器56与开关60相连。开关60由电机驱动61（电机控制器）操作。低通滤波器56在该实施例中由两个电感L1和L2以及电容器C组成。在低通滤波器56的输出端两个引导直流电流的导线借助可断开的电阻R互相连接。该分流电阻R由开关62接通或断开。开关62由电机驱动63（电机控制器）操作。此外设置了第一电压测量器65（电压传感器、伏特计），其测量在低通滤波器的输出端和开关60之间的由转换器18输出的直流电压的大小。此外设置了第二电压测量器68，其测量关于变流器来说在开关60后面的直流电压的大小。这个由第二电压测量器68测量的电压相应于在充电缆线10上呈现的电压。

第一电压测量器65和第二电压测量器68将相应的测量值输出到变流器设备53，在那里这些测量值在控制器54中被进一步处理。

在另一个实施例中作为变流器设备53也可以使用具有晶体管桥（例如IGBT桥）的PWM控制的变流器（PWM=脉宽调制），在其直流接头上没有布置低通滤波器，而是仅布置电容器作为输出电容器。该电容器然后也可以被用于短路识别。该方法在设备中如下运行：在开关60断开和开关62闭合（即开关60和62具有在图3中示出的开关位置）的情况下，在低通滤波器56的电容/电容器C处（和由此在分流电阻R处）设置第一测试电压Umin。测试电压在第一测试迭代的情况下处于低压范围，即，测试电压具有小于或等于42V的值，例如Umin=12V。随后，变流器18的直流输出端高阻地连接并且几乎同时（即以几毫秒的时间差时间同步地）闭合充电装置15的开关60和断开开关62。也就是与开关60的闭合同时地断开电阻R，即，具有电阻R的电路分支被中断。现在电容器电压（其相应于测试电压）施加在充电缆线10上。然后经过预先给定的时间段，该时间段一般地可以位于0.1s和0.5s之间（例如0.3s），由第一电压测量器65测量在充电缆线10上呈现的电压。电压测量值在变流器设备53的控制器54中被处理。替换地，电压也可以由第二电压测量器68测量，或者作为冗余的电压测量器，两个电压测量器65和68可以同时测量电压。

如果测试的电压在该时间段上太快地下降，即，电压改变超过阈值，则这由变流器设备53识别。也就是，识别到存在短路或接近短路的状态。于是变流器设备53输出相应的故障信号。该故障信号被传输到电动车辆1。于是充电装置15过渡到故障状态。在该故障状态，电动车辆的电池不可以被充电。

但是如果在变流器设备53中电压测量值的分析得到，在测试电压Umin的情况下电压改变不超过阈值，则识别到不存在短路或不存在接近短路的状态。在该情况中方法流程以提高的测试电压重新开始。开关60因此被断开。同时闭合开关62并且由此接通电阻R。然后变流器设备向直流输出端输出提高的测试电压。其他步骤相应地重复。

当达到最大的测试电压时并且在任何测试电压的情况下都没有识别到短路，则短路测试总体上通过。然后又断开开关60。充电装置15借助相应的信号通知电动车辆1，充电装置15充电准备就绪，并且许可电动车辆1闭合车辆侧的开关5。充电过程现在可以开始，方法是，由变流器18将直流电流经过然后又要闭合的开关60传输到电池3。利用该直流电流然后可以对电池充电。

最大的测试电压为电池的最大充电电压的100%和400%之间。在实施例中电池的最大充电电压为420V并且最大的测试电压为462V；最大的测试电压为最大充电电压的110%。

描述了用于识别为了对电动车辆的电池进行导线相连的（导电的）充电而设置的充电缆线中的短路的一种方法和一种设备。

Claims

1.一种用于识别在与电的充电装置（15）相连的、用于为电动车辆（1）的电池（3）充电的充电缆线（10）中的短路的方法，其中，在该方法中

-对于测试电压选择第一电压值，

-通过对充电缆线（10）施加该测试电压来测试在充电缆线（10）中或在与充电缆线相连的接触装置（7，23）中是否存在短路，

-在存在短路的情况下，输出故障信号，

-在不存在短路的情况下，逐步提高测试电压直到最大的电压值，并且借助提高的测试电压分别测试在充电缆线（10）中或在与充电缆线相连的接触装置（7，23）中是否存在短路。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-当测试电压已经达到最大的电压值并且在这些测试电压的情况下分别识别到短路不存在时，该方法以不存在短路的结果来结束。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过如下来测试在充电缆线（10）中或在与充电缆线相连的接触装置中是否存在短路，

-以测试电压对电容器（C）充电，

-以在电容器（C）上呈现的测试电压施加到充电缆线（10），

-在预定的时间段期间监视（65，68）在充电缆线（10）上呈现的电压，

-当在该时间段期间出现的电压改变超过了预定的阈值时，则识别到短路的存在，或者

-当在该时间段期间出现的电压改变没有超过预定的阈值时，则识别到短路的不存在。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-所述第一电压值为1伏特和42伏特之间。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-所述最大的电压值为电动车辆（1）的电池（3）的最大的充电电压的100%和400%之间。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-在方法开始时充电缆线（10）与电动车辆的接触装置（7）相连，但是在电动车辆的接触装置（7）和电动车辆的电池（3）之间的电流首先被阻止。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-在该方法以不存在短路的结果结束之后，才由充电装置（15）向电动车辆（1）发送电流允许信号。

8.一种用于识别在与电的充电装置（15）相连的、用于为电动车辆（1）的电池（3）充电的充电缆线（10）中的短路的设备，其中，该设备构造为用于执行按照权利要求1至9中任一项描述的方法。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，

-该设备是充电装置（15）的部分。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，

-用于利用测试电压施加到充电缆线（10）的电容器（C）是低通滤波器（56）的元件，通过充电缆线（10）流动的电流经过该低通滤波器流动。