CN103503261B - 用于机动车的高压电池的充电装置、充电设备以及用于运行充电设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车（3）的高压电池（4）的充电装置（2），尤其是安装在机动车（3）中的充电装置（2），其中，该充电装置（2）可通过连接装置（7）与交流电网（6）连接，该连接装置（7）包括不探测至少一个故障电流类型的故障电流、尤其是直流故障电流的故障电流保护开关（8），并且其中，设置至少一个在该连接装置（7）连接在该充电装置（2）上时存在的通信连接装置（20），用于在充电装置侧的控制单元（18）和连接装置侧的控制单元（19）之间传输通信信号，其中，该充电装置（2）包括用于检测所述故障电流类型的故障电流的故障电流检测装置（22），该故障电流检测装置（22）设计用于向所述连接装置侧的控制单元（18）传送表示所述故障电流的故障电流信号，该控制单元设计用于根据所述故障电流信号这样地改变和/或中断所述通信信号，使得该充电装置（2）与交流电网（6）分开。

Description

用于机动车的高压电池的充电装置、充电设备以及用于运行充电设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的高压电池的充电装置，尤其是安装在机动车中的充电装置，其中，该充电装置可通过连接装置与交流电网连接，该连接装置包括不探测至少一个故障电流类型的故障电流、尤其是直流故障电流的故障电流保护开关，并且其中，设置至少一个在该连接装置连接在该充电装置上时存在的通信连接装置，用于在充电装置侧的控制单元和连接装置侧的控制单元之间传输通信信号。此外，本发明还涉及一种具有这种充电装置和连接装置的充电设备以及一种用于运行充电设备的方法。
背景技术
已经公知了也能借助于电能运行的机动车，其中，既已经公开了仅从电储能器、尤其是高压电池获得其驱动能的电动车，也已经公开了驱动能除了从高压电池之外还可从其它能量源、尤其是化石能量源获取的混合动力车辆。
为了能够给这种机动车的高压电池充电，已经提出，将高压电池尤其是与低压电池一起通过常用的交流电网、例如机动车运营者的家用电网充电。另外设置的低压电池(也称为整车电路网络电池)通常具有约12V的电压，而高压电池具有比低压电池高的电压，尤其是50V以上的电压。也已公知并且使用其运行电压在150到270V之间的高压电池。因此需要专门的充电设备，用来给高压电池、优选给高压电池和低压电池充电。以下称为充电装置的充电器在此可以安装在机动车中并且具有接口，带有充电电缆的适配的插头可以插接到该接口中。在另一侧，充电电缆尤其是通过电子盒或类似物与交流电网连接，必要时也可以设置带有相应充电电缆的充电柱作为与交流电网的连接装置。
因为在此以高的电压和电流工作，所以已经公知，设置故障电流保护开关(FI-开关)作为保护以免充电基础设施中的电击，该充电基础设施以下称为连接装置。在此，例如可以在充电柱、充电电缆中的电子盒或者在插头本身中安装这种故障电流保护开关。也可考虑的是，FI-开关已经设置在交流电网的标准插座中或旁边。出于成本和结构空间方面的考虑，在此经常使用A类型的故障电流保护开关(A类型FI)。然而事实表明，A类型的故障电流保护开关不能检测所有在充电装置中可能出现的故障电流。在此涉及所谓的直流故障电流，所述直流故障电流在所有时候都能通过B类型的故障电流保护开关检测到，然而B类型的故障电流保护开关非常大并且昂贵，因此通常很少使用。
在已知的充电器或充电装置中，通常也用通信信号工作，所述通信信号通过充电装置和连接装置之间的专门的通信连接装置传输。这种通信信号也被称作“控制引导(ControlPilot)”。在此，通信信号例如表明充电装置已连接好，然而也可以传输其它信息，例如功率需求、高压电池的特征值等。通信信号由连接装置侧的控制单元相应地处理。常见的是，在缺少该通信信号时，到充电装置侧的接口、尤其是到插头、连接装置的电流输入中断，因为表明充电装置没有连接好。
发明内容
因此，本发明的目的是，如下改进充电装置，使得对于操作人员关于由所设置的故障电流保护开关、尤其是A类型的故障电流保护开关不能检测的电流存在提高的安全性。
为了实现该目的，在开头所述类型的充电装置中按照本发明提出，该充电装置包括用于检测所述故障电流类型的故障电流的故障电流检测装置，该故障电流检测装置设计用于向连接装置侧的控制单元传送表示故障电流的故障电流信号，该控制单元设计用于根据故障电流信号这样地改变和/或中断通信信号，使得充电装置与交流电网分开。
在此，故障电流保护开关尤其设计为A类型的故障电流保护开关，因此，未被检测的故障电流、也就是所述至少一种故障电流类型相应地是直流故障电流。这种直流故障电流尤其在连接在整流装置后面的部件的区域内出现，所述整流装置对于给高压电池和必要时低压电池充电是必要的。现在，本发明的构思在于，检测充电器、也就是充电装置内部的故障电流，并且在存在故障电流时对通信信号施加影响。然后，通信信号的这种改变或者优选中断由于连接装置的相应构造而导致充电装置与高压电网分开。与此相应导致系统的关断，使得能够维持充电设备的必要的安全，而不需要较大并且较昂贵的故障电流保护开关、尤其是B类型的故障电流保护开关。尤其当在不存在通信信号时关断的功能已经在连接装置中实现时，已经存在的功能有利地一同用于进一步提高安全性。
在本发明的另一个构型中可以提出，所述故障电流检测装置设计为剩余电流监视器(RCM)。这种RCM基本上是已知的并且监测电气设备中的电流差。在低于确定的电流差时，RCM尤其通过通知触头通知超过该临界值，由此，于是使用该通知来通过相应地控制部件恰当地改变检测的故障电流的特性。
在此意义下尤其有利的是，故障电流检测装置设计用于检测多个、尤其是所有的故障电流类型。因此，最后双重地提供相对既通过故障电流检测装置也通过故障电流保护开关检测的故障电流类型的保险，因此进一步提高了安全性。
除了充电装置，本发明也涉及一种充电设备，包括根据本发明的充电装置和连接装置。关于充电装置的所有实施形式可以类似地转用到充电设备上，使得因此也可以实现根据本发明的优点。在此还要说明的是，故障电流保护开关可以设置在连接装置的各个部件中，尤其可以设置在电子盒、充电柱、插头中，或者甚至作为房子的基础设施的一部分，例如安装在标准插座中。
在本发明的一种扩展构型中可提出，为了将充电装置与交流电网分开，连接装置侧的控制单元设计用于在通信信号不存在和/或改变时打开故障电流保护开关。即符合目的的是，可以利用本来就存在的功能，一旦不再存在通信信号，所述功能尤其是将待连接在充电装置上的部分、尤其是插头转换得无电流。因此，已经存在的功能被一同用于提高安全性。要说明的是，但也可以考虑的是，当这种功能原本没有设置时，将连接装置的控制单元有针对性地扩展所述功能。
最后，本发明还涉及一种用于运行充电设备、尤其是根据本发明的用于机动车的高压电池的充电设备的方法，因此，所述充电设备包括充电装置，该充电装置符合目的地可以安装在机动车本身中。连接装置允许充电装置为了给高压电池充电而与交流电网连接，其中，连接装置包括故障电流保护开关，该故障电流保护开关不能探测至少一种故障电流类型的故障电流、尤其是直流故障电流。充电装置侧的控制单元可以通过通信连接装置向连接装置侧的通信单元发送通信信号，其中，也可以考虑相反的通信。根据本发明的方法，现在提出，在充电装置内测量故障电流，并且在存在不可通过故障电流保护开关探测的故障电流时这样改变或中断通信信号，使得充电装置在连接装置侧与高压电网分开。在此，例如可以打开故障电流保护开关，然而也可考虑使用另外的开关装置，例如在故障电流保护开关安装在插座中时。关于根据本发明的充电装置和根据本发明的充电设备的所有实施形式也可以转用到根据本发明的方法上。
附图说明
本发明其它的优点和细节由以下描述的实施例以及根据附图得出。
在此，图1示出了按本发明的充电设备的原理草图。
具体实施方式
图1示出了按本发明的充电设备1的原理草图。该充电设备包括充电装置2，该充电装置安装在没有详细示出的机动车3中。充电装置2用于给设置在机动车3中的高压电池4充电，在当前所示的实施例中，该高压电池需要200V范围内的充电电压。机动车3还包括低压电池5(整车电路网络电池)，该低压电池同样可通过充电设备1充电。在此，低压电池5以12V的电池电压工作，高压电池一般来说以较高的电池电压工作。
充电装置2以源自常见的交流电网6、例如在德国常用的220V交流电网的交流电运行。为了使安装在机动车3中的充电器2与交流电网6能够连接，设置有连接装置7，当前仅示意性示出了所述连接装置的重要部件。连接装置7可以包括充电电缆，该充电电缆在两端配设有插头，其中，一个插头可插入充电装置2的相应的在此没有详细示出的接口中，另一插头例如插入交流电网6的常见插座中。为了避免操作人员被电击，连接装置包括故障电流保护开关8，该故障电流保护开关在此设计为A类型的故障电流保护开关。故障电流保护开关例如可以设置在连接装置7的插头、连接装置7的电子盒、连接装置7的充电柱或类似物中，然而也可能的是，将故障电流保护开关例如设置在交流电网6的被设置用于连接充电电缆或充电柱的插座中或旁边，于是，该插座为了本发明的目的理解为连接装置7的一部分。
当前示出了单相充电，然而其中本发明的原理可没有问题地转用到多相充电上。在此还要指出的是，如在这种充电设备1中常见的那样，不言而喻，也设置有安全引线9(PE)。
充电装置2如通常一样首先包括输入滤波器10，在该输入滤波器后面连接有整流器11。在整流器11后面直接是功率因数校正滤波器12(PFC)，该功率因数校正滤波器在此作为主动PFC通过时钟元件13实现。功率因数校正滤波器12通常被用在充电装置中，因为于是确保从基础设施获得正弦形状的负载。
在功率因数校正滤波器12后面连接有ZWK-电容器14(中间电路-电容器)。在该ZWK-电容器后面如通常那样是DC-DC转换器，该DC-DC转换器提供在接口16和17上所需的充电电压。
不仅充电装置2而且连接装置7还包括控制单元18、19，所述控制单元在充电装置2的连接状态中可以通过通信连接装置20相互实现，该通信连接装置通过插头和接口中的相应导线和触头实现。在正常运行中，充电装置2的控制单元18在此向连接装置7的控制单元19发送通信信号，即所谓的“控制引导”。在此，通信信号一方面表示充电装置2已连接好，但另一方面还可以传递其他信息，例如高压电池4的规格。
通过A类型的故障电流保护开关8例如在位置21不能检测充电装置2内部的直流故障电流。为了确保提高的安全性，充电装置2因此包括故障电流检测装置22，该故障电流检测装置可以检测直流故障电流。故障电流检测装置22当前是剩余电流监视器(RCM)。如果所述剩余电流监视器测量到故障电流，则将相应的信号传递到控制单元18，该控制单元作为响应中断通信信号，其中，备选地，但是较少优选地，也可以设置通信信号的变型方案。
现在，由于控制单元19不再接收通信信号，该控制单元认为不再有(正常的)充电装置已连接好，使得该控制单元自动地立即控制故障电流保护开关8打开。结果，这样触发充电装置2与交流电网6分开，使得不会由于直流故障电流而出现电击，并且确保了操纵人员的安全。
在此处还要说明的是，故障电流检测装置22也可以被构造用于探测基本上能由故障电流保护开关8检测的其它故障电流类型。因此，就所述故障电流而言实现了“双重的”保护类型。
还要说明的是，尤其是如果不是本来就在连接装置7中设置有希望的特性，该连接装置当然可以稍微改变，以便在通信信号缺少或改变时仍触发分开。尤其也可以替代故障电流保护开关8使用其它开关。

Claims (7)

1.一种充电设备(1)，包括用于机动车(3)的高压电池(4)的充电装置(2)和连接装置(7)，其中，该充电装置(2)能通过连接装置(7)与交流电网(6)连接，该连接装置(7)包括故障电流保护开关(8)，该故障电流保护开关不探测至少一个故障电流类型的故障电流，并且其中，设置至少一个在该连接装置(7)连接在该充电装置(2)上时存在的通信连接装置(20)用于在充电装置侧的控制单元(18)和连接装置侧的控制单元(19)之间传输通信信号，其特征在于，该充电装置(2)包括用于检测所述故障电流类型的故障电流的故障电流检测装置(22)，该故障电流检测装置(22)设计用于向所述充电装置侧的控制单元(18)传送表示所述故障电流的故障电流信号，该充电装置侧的控制单元设计用于根据所述故障电流信号改变和/或中断所述通信信号，使得该充电装置(2)与交流电网(6)分开，为了将所述充电装置(2)与所述交流电网(5)分开，所述连接装置侧的控制单元(19)设计用于在通信信号不存在和/或改变时打开所述故障电流保护开关(8)。
2.根据权利要求1的充电设备，其特征在于：所述故障电流检测装置(22)设计为剩余电流监视器。
3.根据权利要求1或2的充电设备，其特征在于：所述故障电流检测装置(22)设计用于检测多个故障电流类型。
4.根据权利要求1的充电设备，其特征在于：所述充电装置(2)是安装在机动车(3)中的充电装置(2)。
5.根据权利要求1的充电设备，其特征在于：所述至少一个故障电流类型的故障电流是直流故障电流。
6.根据权利要求3的充电设备，其特征在于：所述故障电流检测装置(22)设计用于检测所有的故障电流类型。
7.一种用于运行根据上述权利要求中任一项的、用于机动车(3)的高压电池(4)的充电设备(1)的方法，其特征在于：在所述充电装置(2)内测量故障电流，并且在存在不能通过所述故障电流保护开关(8)探测的故障电流时改变或中断所述通信信号，使得所述充电装置(2)在连接装置(7)一侧与所述交流电网(6)分开。
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