CN105305528B

CN105305528B - 在用于电动车的充电装置中的功能及磨损监控

Info

Publication number: CN105305528B
Application number: CN201510318266.5A
Authority: CN
Inventors: M.阿德尔霍赫
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2035-06-11
Also published as: CN105305528A; DE102014211065A1; DE102014211065B4

Abstract

本发明涉及在用于电动车的充电装置中的功能及磨损监控，尤其用于运行用于电动车（12）的电的充电装置（10）的方法，充电装置具有用于将电动车连接到充电装置上的电的接头（16）以及设计用于在取决于开关信号（S）的情况下将接头与供电电网（14）耦合的开关机构（28）。本发明的任务是，避免充电装置的、由于磨损的加剧引起的失灵。为此在方法中通过充电装置的分析机构（40）从至少一个取决于磨损的运转参数中并且/或者关于引起磨损的运行过程在开关机构中相应地检测至少一个运行值，并且根据每个所检测到的运行值来检查，是否满足了预先确定的磨损标准。必要时产生表明开关机构的保养需求的告知信号（W）。

Description

在用于电动车的充电装置中的功能及磨损监控

技术领域

本发明涉及一种用于电动车的充电装置以及一种用于运行充电装置的方法。借助于所述充电装置可以用来自于供电电网的电能来给所述电动车充电。为此，将所述电动车连接到所述充电装置的电的接头上。

背景技术

已知的、用于电动车的充电装置、比如所谓的模式2-充电线和暗线箱目前配备了商业上常见的、用于将充电过程激活并且停止的继电器。这些继电器拥有有限的使用寿命，所述使用寿命可能小于所述充电装置的、常见的组件的使用寿命。所述接触系统由此是充电装置的带有磨损的组件。

一种常见的、用于提高所述接触系统的使用寿命的技术措施是，比如通过双触点的使用来提高开关功率。也可以在所述充电装置的操作说明书或者服务手册中设置技术要求，用于在预先确定的数目的充电周期之后促成所述接触系统的更换。在此不利的是，为爱护起见无必要地提早对所运行的充电装置进行保养。此外，这种解决方案要求，充电装置的使用者记住充电周期，用于及时促成对其充电装置的保养。

发明内容

本发明的任务是，避免充电装置的、由于磨损的加剧所引起的失灵。

所述任务通过独立权利要求的主题得到解决。本发明的有利的改进方案从从属权利要求的特征中获得。

所述按本发明的方法用于运行用于电动车的电的充电装置，其中所述充电装置具有一用于将电动车连接到所述充电装置上的电的接头以及一被设计用于在取决于开关信号的情况下将所述接头与供电电网耦合起来的开关机构，并且其中在所述方法中通过所述充电装置的分析机构从至少一个取决于磨损的运转参数中并且/或者关于引起磨损的运行过程在所述开关装置中相应地检测至少一个运行值，并且根据每个所检测到的运行值来检查，是否满足了预先确定的磨损标准，并且必要时产生表明所述开关机构的保养需求的告知信号。

所述按本发明的、用于电动车的充电装置具有一用于将电动车连接到所述充电装置上的电的接头和一被设计用于在取决于开关信号的情况下将所述接头与供电电网耦合起来的开关机构以及一分析机构，其中所述分析机构被设计用于：实施所述按本发明的方法以及所述按本发明的方法的改进方案。

按照本发明，由此提供一种用于电动车的充电装置，该充电装置具有一用于将所述电动车连接到该充电装置上的电的接头和一被设计用于将所述接头与供电电网耦合起来的开关机构。所述接头与供电电网的耦合在取决于开关信号的情况下来进行，也就是说根据开关信号来进行。所述开关机构比如可能具有易受磨损影响的继电器。但是也比如可以取代继电器而设置半导体开关元件。所述充电装置在车辆外部，也就是说不是所述电动车的组成部分。

按照本发明，现在一分析机构被集成到所述充电装置中，所述分析机构被设计用于实施以下按本发明的方法。

所述按本发明的方法用于运行所述电的充电装置。在此，通过所述分析机构从至少一个取决于磨损的运转参数、比如开关持续时间中并且/或者从至少一次引起磨损的运行过程、比如在负荷下的开关中在所述开关机构中相应地检测至少一个运行值。所述运行值由此代表着所述运转参数的当前的数值或者关于运行过程的当前的信息。比如，因此可以测量所谓的开关持续时间，或者可以计数：多久一次在负荷下进行开关。而后根据每个所检测到的运行值，按照所述方法通过所述分析机构来检查，是否满足了预先确定的磨损标准。比如因此可以规定，只可以在预先确定的次数的开关过程中在负荷下进行开关。如果满足了所述磨损标准，也就是说按照实施例已经以比允许的频次大的频次在负荷下进行了开关，那就产生告知信号。所述告知信号代表着一种告知，该告知可以发出一种警告和/或一种信息。按照本发明，所述告知信号表明所述开关机构的保养需求。

“保养”根据DIN 31051（状态2003年）是指用于将观察单元的、现存的磨损储备量的降低过程延迟的措施。在利用对象的过程中使用所述保养。本发明意义上的“开关机构的保养需求”尤其是所述开关机构的特殊的保养，用于防止所述开关机构的失灵。

通过所述按本发明的方法并且相应地通过所述按本发明的充电装置产生以下优点：现在根据实际上的、借助于所述运行值来检测到的磨损状态来向所述充电装置的使用者指出，何时是用于所述充电装置的保养的时间。由此以有利的方式避免：出现所述充电线的、由于磨损的开关机构引起的失灵。在此给予使用者以及时地让人更换所述开关机构的易损件的可行方案。结合本发明，“电动车”是纯粹用电驱动的机动车并且也是混合动力车。

为了识别临界的磨损状态，所述方法的一种有利的改进方案规定，关于至少一个运转参数/运行过程相应地提供所述开关机构的一个预先确定的、像比如可以从所述开关机构的制造商的数据页中所获得的一样的特征区域。比如可以从继电器制造商处得知，在所述继电器的失灵可能性超过特定的阈值之前在正常条件下可以多久一次转换所述继电器。在所述开关机构中提供所述至少一个特征区域，并且而后所述磨损标准预先规定：所检测到的运行值必须处于所述特征区域之内。因而如果比如在正常条件下或者在负荷下比按照相应的特征区域所允许的情况更为频繁地转换了所述继电器，则产生所述告知信号。

如已经解释的那样，所述按本发明的方法优选规定，作为运行过程对接通过程和/或切断过程进行计数。换句话说，也就是对所述接头的、通过所述开关机构的、电网侧的耦合和/或退耦进行计数，其中而后相应的计数值代表着所述运行值。所述开关过程的次数是一种可靠的特征参量，该特征参量也由制造商标明为用于可预料的最大使用寿命的说明。在此对取决于操作的或者取决于时间的或者取决于充电状态的开关过程、也就是标准转换进行计数。

作为正常条件下的开关过程的补充方案或者替代方案，所述方法的另一种有利的设计方案规定，作为运行过程对通过故障电流保护开关和/或电流差探测器和/或短路探测器所触发的紧急切断进行计数。故障电流保护开关（FI）提供不取决于电压的故障电流保护（RCCB）。电流差探测器（DI）提供取决于电压的故障电流保护。紧急切断通常是负荷下的切断，对于这种切断来说可以认为，它以比正常切断大的程度助长了所述开关机构的磨损。对于紧急切断的计数由此提供重要的、关于所述开关机构的电的触头的、表面的状态的信息。

在所述方法的另一种有利的改进方案中，作为运转参数来检测在接通和/或切断所述开关机构时所需要的开关时间。由此产生以下优点：在不取决于关于开关过程的计数器状态的情况下检测在所述开关机构中的开关触点的及活动的机械装置的、实际上的磨损。

为了检测接通持续时间和/或切断持续时间，所述方法的另一种有利的改进方案规定，检测一种持续时间，直至在应该触发所述开关机构的转换的开关信号之后车辆侧上的接头上的电压已经经过一个预先确定的阈值、也就是比所述阈值大或者小为止经过了所述持续时间。也就是说比所述阈值大或者小。由此考虑到，在断开所述开关机构之后在车辆侧还总是可能存在着电压，因为所述机动车的蓄能系统、也就是比如牵引用蓄电池可能反馈电压。在所述开关机构闭合时，可能比如由于在电容器中的预充电过程而在电压形成中出现延迟。通过所述阈值的设定，可以对这种效应进行补偿，并且由此提供一种精确的、用于开关过程的时间测量方案。

因为正常的开关过程比负荷下的开关过程有可能引起的磨损小，所以优选在检测磨损状态时在所述运转参数的类型与所述运行过程的类型之间进行区分。为此，本发明的另一种有利的实施方式规定，将至少两个所检测到的运行值组合成一个被合并的运行值，并且在此用加权因数对所述运行值中的至少一个运行值进行加权。换句话说，也就是比如与正常条件下的开关过程相比对负荷下的开关过程进行双倍计数。因此所述加权因数取决于，有待加权的运行值描绘了哪种运转参数或者哪种运行过程。通过所述加权过程也可以考虑到时间上的相关性，方法是：比如比特定的运转参数旧的运行值对所合并的数值的贡献小于最新的运行值。这在进行开关时间研究时可能是有利的。比如在这里可以计算递推的平均值形成，也就是浮动的平均值。这具有以下优点：在开关过程中一次性的异常不会直接导致告知信号的触发。

按照另一种有利的实施方式，所述告知信号作为保养提示在所述充电装置的输出机构上显示出来。

所述输出机构有利地具有一显示单元，该显示单元比如以光学的和/或声学的方式显示出所述告知信号或者与这种告知信号相关联的警告。而后操作人员在使用所述充电装置时以有利的方式看到，应该给所述开关机构保养，因为面临着所述充电装置的突发的失灵。

按照另一种有利的实施方式，所述告知信号通过为此具有一发送机构的输出机构被发送给外部的接收机构。所述告知信号因而比如可以以有线的方式、比如通过LAN-以太网-连接（LAN-Local Area Network）来发送给比如处于操作者的住宅中的主计算机。所述告知信号的传输也可以无线地、比如借助于无线电或者WLAN（无线LAN）来进行，比如同样被传输给主计算机或者也比如被传输给操作者的智能手机。

如已经解释的那样，所述方法的目的是：在所述开关机构尚能运行时发出告知信号。因此所述告知信号不是故障信号，所述故障信号表示已经有故障的不能运行的开关机构。

所述方法的一种改进方案为此规定，在没有满足磨损标准时，也就是说如果按照所述磨损标准还不存在加剧的磨损时并且因此不存在急迫的保养需求时，仍然在每个所检测到的运行值的基础上通过外推法来估计至少一个将来的运行值并且借助于所述至少一个所估计的将来的运行值来检测，在何种持续时间之后会可能满足所述磨损标准。换句话说，检测一种如在通过特定的使用者重复使用所述充电装置时所产生的一样的磨损趋势。然后，根据直至满足所述磨损标准之前所估计的持续时间来求得剩余使用时间，而后比如通过所述输出机构来向使用者显示或者传输所述剩余使用时间。由此产生以下优点：使用者可以更好地计划所述保养作业。

所述按本发明的充电装置构造为车辆外部的充电辅助件。按照一种特别优选的实施方式，所述充电装置构造为可携带的模式2-充电线，也就是说构造为具有IC-CPD的充电线（in-cable control-and-protection device）。按照IEC 61851，设置了模式2-充电线，该模式2-充电线用于由家用的、具有被集成到该充电线中的控制及保护功能的插塞装置来进行充电。作为替代方案，所述充电装置也可以构造为有待固定地安装在电动车的停放区域中的、用于充电线的接线盒，也就是说构造为处于车库或者车棚中的、所谓的暗线箱。所述按本发明的充电装置也可以构造为像比如在用于电动车的“加油站”处可用的一样的、具有接线盒和充电线的充电桩。所述按本发明的充电装置优选具有用于所述供电电网的单相-接头；它也比如可以具有用于连接到供电电网上的三相-接头。

附图说明

下面对本发明的一种实施例进行描述。为此，唯一的附图示出了所述按本发明的充电装置的、一种实施方式的示意图。

具体实施方式

下面所解释的实施例是本发明的一种优选的实施方式。但是，在所述实施例中，所述实施方式的所描述的组件相应地代表着本发明的、各个可以彼此独立地来研究的特征，所述特征相应地也彼此独立地改进了本发明并且由此也可以在与所示出的组合不同的组合中视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也能够通过本发明的已经描述的特征中的其它特征来补充。

附图示出了一种充电装置10，通过该充电装置可以将电动车12在电方面与供电电网14耦合起来，以进行充电。所述机动车12比如可以是汽车、比如轿车。

所述充电装置10比如可以构造为充电线。所述充电装置10在此可以具有一车辆侧的接头16、比如插头、一电网侧的接头18、比如同样是插头以及一将所述两个接头16、18连接起来的充电线20，该充电线具有被集成在该充电线中的控制单元22、所谓的IC-CPD。作为替代方案，所述充电装置10也可以构造为固定的、用于充电线的接线盒或者可以构造为充电桩。所述供电电网14比如可以是具有110伏特或者230伏特的、50郝兹或者60赫兹供电电压的公用供电电网。在所示出的实施例中，所述充电线20是三相线缆，但是一般来说也可以设置n相的充电线，其中整数n比如可以具有数值1（单相-充电线）或者如在实施例中所示出的那样可以具有数值3。

通过所述充电装置10，在所述电动车12中可以用来自于供电电网14的电能来给牵引用蓄电池24充电。所述牵引用蓄电池24可以被提供用于为了用所述电动车12来行驶而给所述电动车12的电动的驱动电动车充电。所述牵引用蓄电池24为此可以通过整流器26与用于车辆侧的接头16的配对接头、比如插座相耦合。

为了转换或者控制用于从所述供电电网14将电能传输到所述牵引用蓄电池24中的充电电流，所述充电装置10的控制单元22可以具有一开关机构28、比如一个或者多个继电器。用于所述开关机构28的开关信号S可以比如由所述控制单元22的处理器机构30比如根据所述机动车12的释放信号或者所述控制单元22的由使用者操作的操作机构的释放信号来产生。所述处理器机构30比如可以包括微型控制器。所述开关信号S不仅可以引起所述开关机构28的闭合、也就是所述两个接头16、18的电的耦合，而且可以引起所述接头16、18的电的断开、也就是所述充电电流的中断。

可以规定，所述处理器机构30从保护机构32处接收中断信号A，所述保护机构比如在电流差识别DI的基础上识别出在所述充电线20中的电流差和/或短路电流。此外可以规定，在所述充电线20的车辆侧34上设置了分压抽头36，所述处理器机构30通过所述分压抽头36来测量在所述充电线20的车辆侧的部分34中的电压Un。此外，所述控制单元22可以具有一输出机构38，所述处理器机构30通过所述输出机构38来输出告知信号W。所述告知信号W比如可以涉及到期该做的保养或者磨损警告。所述输出机构38比如可以具有一显示单元，在该显示单元上所述充电装置10的使用者可以读取所述告知信号W中的一些或者全部告知信号。所述输出机构38也可以具有一发送机构，该发送机构用于通过所述充电线20比如朝所述电动车12的（未示出的）数据网络或者供电电网侧上的中心的计算机机构或者朝所述车辆12发出一些或者全部告知信号W。所述输出机构38也可以具有另一发送机构，该发送机构用于无线地将所述告知信号W中的至少一些告知信号传输给所述中心的计算机机构或者比如也传输给使用者的移动的终端设备、比如智能手机或者平板电脑。

所述处理器机构30可以具有一分析机构40，该分析机构根据运转参数和/或运行过程在所述控制单元22中产生所述告知信号W，其中所述运转参数和运行过程涉及所述开关机构28。运转参数是一种参数，该参数在所述充电装置10的运行过程中改变其参数值。运行过程是在所述充电装置10中的状态变化。所述运行值相应地描绘所述运转参数的当前的状态、也就是其当前的参数值或者在所述运行过程中的当前的状态。所述分析机构40比如可以构造为所述处理器机构30的程序模块。

通过所述分析机构40来对所述充电线20中的开关机构28的开关触点进行预失灵识别（Vorausfallerkennung），用于在根本上避免所述充电装置的、由于开关触头的磨损而引起的失灵。在此涉及在所述充电装置10的控制单元22中对于多个运行值的动态的检测和计算。

比如可以在正常的运行的基础上对所述开关机构28中的操作循环（Schaltspiel）进行检测，也就是说在充电过程中检测或者计数或者累积所述接通过程和/或切断过程的次数。这可以根据所述开关信号S来检测。

作为补充方案或者替代方案，可以在识别出故障电流或者短路电流的情况下在所述保护机构32的DI触发的基础上来检测、累加或者累积对于在所述开关机构28中的操作循环的检测。这可以借助于中断信号A来识别。

此外，可以在接通并且切断时设置对于所述开关机构28的接触系统中的开关时间的检测。对于机械的变化、比如所述开关机构28的活动的触点的摩擦系数的检测以及所述接触面的短时间的“粘着”影响着所述开关时间。由此通过对于所述开关时间的测量，可以检测所述开关机构28的磨损。优选通过在所述充电线20的车辆侧的部分34上读回电压值的方式来检测所述开关时间，方法是：测量线路电压Un。而后直至所述线路20的车辆侧的部分34的预先确定的状态变化为止关于在其中所测量的线路电压Un来测量用于产生所述开关信号S的时间。在此可以根据所述电动车12的充电系统来定义所述预先确定的状态变化，用于也考虑到从所述牵引用蓄电池24将电压反馈到所述充电线20的车辆侧的部分34中的情况。

通过所述分析机构40，可以根据所述数据页来研究所述开关机构制造商的、详细说明的操作循环次数，也就是研究比如在使用继电器时可以如示范性地在所述开关机构28中所设置的一样的、按照规定所设置的、最高数目的开关过程。

而后在考虑到像比如可以从所述数据页中所得知的那样的经验值的情况下，作为对于所有所研究的运转参数及运行过程的动态的研究进行所述预失灵识别。

在达到像通过所述经验值来给定的一样的极限值时，而后以警告或者服务要求的形式将告知发送给操作者。所述告知通过告知信号W来实现。此外，优选将所述告知在内部加以保存，也就是说记录在所述控制单元28的（未示出的）存储器中，并且由此可以周期性地再度显示出来，或者以其它的形式通过告知信号W的重新产生来再现出来。

通过对于所述分析机构40的设置来避免所述充电装置的、由于薄弱环节“接触系统”而引起的失灵，因为在出现临界的磨损状态时让操作人员注意到必要的保养。这避免了不必要的、以由于空的牵引用蓄电池24以及同时有故障的充电装置10而使所述电动车12停用的形式出现的故障。总之，这尽管所述牵引用蓄电池24的以及有限制地可供使用的充电系统的、较小的可续驶里程也提高了电动车的可用性。

总之，通过所述实施例来示出，如何通过本发明可以在充电线的接触系统上提供预-失灵-识别方案。

概括地说，本发明由此涉及一种用于运行用于电动车（12）的电的充电装置（10）的方法，其中所述充电装置（10）具有一用于将所述电动车（12）连接到所述充电装置（10）上的电的接头（16）以及一被设计用于在取决于开关信号（S）的情况下将所述接头（16）与供电电网（14）耦合起来的开关机构（28）。本发明的任务是，避免所述充电装置（10）的、由于磨损的加剧所引起的失灵。为此，在所述方法中通过所述充电装置（10）的分析机构（40）从至少一个取决于磨损的运转参数中并且/或者关于引起磨损的运行过程在所述开关机构（28）中相应地检测至少一个运行值，并且根据每个所检测到的运行值来检查，是否满足了预先确定的磨损标准。必要时产生表明所述开关机构（28）的保养需求的告知信号（W）。

Claims

1.用于电动车（12）的充电装置（10），其中所述充电装置（10）包括

—用于将所述电动车（12）连接到所述充电装置（10）上的电的接头（16），以及

—集成到所述充电装置（10）中的控制单元（22），该控制单元具有

——被设计用于在取决于开关信号（S）的情况下将所述接头（16）与供电电网（14）耦合起来的开关机构（28），以及

——分析机构（40），该分析机构被设计用于：执行一种用于运行用于电动车（12）的电的充电装置（10）的方法，其中

———通过所述充电装置（10）的分析机构（40）从至少一个取决于磨损的运转参数中并且/或者关于引起磨损的运行过程在所述开关机构（28）中相应地检测至少一个运行值，并且根据每个所检测到的运行值来检查，是否满足了预先确定的磨损标准，并且其中如果满足了所述磨损标准，那就产生表明所述开关机构（28）的保养需求的告知信号（W），

其中在用于运行电的充电装置（10）的方法中作为运行过程对所述接头（16）的、通过所述开关机构（28）的耦合和/或退耦进行计数，其中作为运转参数来检测在接通和/或切断所述开关机构（28）时所需要的开关时间，其中将耦合和/或退耦的计数以及开关时间中的至少两个所检测到的运行值组合成一个被合并的数值，并且在此用加权因数对所述运行值中的至少一个运行值进行加权，所述加权因数取决于：有待加权的运行值描绘了哪种运转参数或者运行过程。

2.按权利要求1所述的充电装置，其中所述充电装置（10）构造为具有IC-CPD的充电线，或者构造为暗线箱，或者构造为具有接线盒及充电线的充电桩。

3.按权利要求1或2所述的充电装置（10），其中在用于运行电的充电装置（10）的方法中关于所述至少一个运转参数和/或运行过程相应地提供所述开关机构（28）的预先确定的特征区域，并且预先给定所述磨损标准：所检测到的运行值必须处于所述特征区域之内。

4.按权利要求1或2所述的充电装置（10），其中在用于运行电的充电装置（10）的方法中作为运行过程对通过所述开关机构（28）的紧急切断进行计数，所述开关机构已经通过故障电流保护开关和/或电流差探测器（DI）和/或短路探测器（32）得到触发。

5.按权利要求1或2所述的充电装置（10），其中在用于运行电的充电装置（10）的方法中为了检测所述开关时间而检测一种持续时间，直至在为了在取决于开关信号的情况下进行开关而产生的开关信号（S）之后所述接头（16）上的电压（Un）经过预先确定的阈值为止经过了所述持续时间。

6.按权利要求1或2所述的充电装置（10），其中在用于运行电的充电装置（10）的方法中所述告知信号（W）作为保养提示在所述充电装置（10）的输出机构（38）上显示出来。

7.按权利要求1或2所述的充电装置（10），其中在用于运行电的充电装置（10）的方法中所述告知信号（W）通过所述充电装置（10）的输出机构（38）来发送给装置外部的接收机构。

8.按权利要求1或2所述的充电装置（10），其中在用于运行电的充电装置（10）的方法中在所述开关机构（28）尚能运行时发出所述告知信号（W）。

9.按权利要求1或2所述的充电装置（10），其中在用于运行电的充电装置（10）的方法中在违反磨损标准的情况下在每个所检测到的运行值的基础上通过外推法来估计至少一个将来的运行值，并且根据所述至少一个所估计的将来的运行值来检测在何种持续时间之后可能会满足所述磨损标准，并且根据所述持续时间来求得剩余使用时间。