CN108173324A - 用于运行充电装置的方法，充电装置以及机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行充电装置(7)的方法，该充电装置用于机动车(9)的电池(8)，所述充电装置(7)借助于转换装置(16)将来自于基础设施(1)——尤其是房屋——的电气的能量系统(4)的电功率转换成适于给电池(8)充电的电流和/或借助于转换装置(16)将电池(8)的电能馈入到能量系统(4)中，所述能量系统是三相的、为其它负载(5)供电的、机动车外部的能量系统，所述充电装置(7)在运行阶段从检测装置(10)接收相位解析的功率数据，所述检测装置测量输入到能量系统(4)的电功率，所述充电装置在使用所述功率数据的情况下针对每个相位求得与相位相关的期望功率，针对每个相位求得的期望功率被从相应的相位调用。

Description

用于运行充电装置的方法，充电装置以及机动车
技术领域
本发明涉及一种用于运行充电装置的方法，该充电装置用于机动车的电池，所述充电装置将来自于基础设施——尤其是房屋——的电气的能量系统的电功率借助于转换装置转换成适合于给电池充电的电流和/或将电池的电能借助于转换装置馈入到能量系统中，所述能量系统是三相的、供给其它负载的、机动车外部的能量系统。此外本发明还涉及一种充电装置和一种机动车。
背景技术
带有可充电的电池的机动车已经在现有技术中进行披露，该电池尤其适用于运行电机。已知的比如像纯电动汽车，其中电机是唯一的驱动装置；还有像混合动力汽车，其除了电机之外还具有尤其是内燃机的另一种驱动装置。对于所谓的插电式混合动力汽车以及插电式电动汽车来说相应已知的是，这些机动车具有用于连接到机动车外部的充电设备或者直接连接到机动车外部的能量系统、比如像房屋的本地电网的充电接口，从而能够通过外部的电能量源给电池充电。
机动车通常也被用于私人用途，于是就产生了以下期望，即尽可能不复杂地也在私人的基础设施中进行充电过程，方法是使用在所述基础设施那里的电气的能量系统，所述能量系统也为基础设施的其它负载供电。因此在现有技术中已经提到所谓的充电装置，所述充电装置能够三相地连接到能量系统的本地的电网并且具有合适的功率电子器件，以便将三相的输入交流电转换成可供电池充电的充电电流(直流电)。这种三相的充电装置在所有相位上均匀地加载能量系统。三相的房屋接口或者说一般的基础设施接口大多针对每个相位具有至少一个保险装置，所述保险装置能够在过载时被触发，这应当通过充电装置来避免。
已经提出多种用于实现充电装置的技术方案。于是已知完全集成到机动车中的充电装置(随车充电器OBC)，该充电装置三相地通过机动车的充电接口连接到能量系统，例如使用机动车外部的墙盒式充电器(Wallbox)，该墙盒式充电器能够提供用于充电接口的合适的插头。也已经提出完全布置在机动车外部的、因此尤其配属于基础设施的充电设备作为充电装置，例如像直流快速充电设备，其充电电流可以通过机动车的充电接口直接给电池充电。另外还已知以下的形式，即充电装置既有在机动车内部的部分又有在机动车外部的部分。
文献DE102013204256A1涉及一种用于电动汽车的充电设备，所述充电设备包括电动汽车外部的充电接口，所述充电接口在输入端可通过三相的交流电由外部的三相的交流电网馈电并且在输出端提供充电电流，所述充电电流可通过充电线缆输送给电动汽车以便给电动汽车的电能存储器充电。在此规定，所述充电接口包括用于将三相的交流电转换成作为充电电流的单相的交流电的转换装置，所述转换装置在运行中将单相的交流电的线路相位上的相位负荷基本上均匀地分配到三相的交流电的三个线路相位上。由此应当实现在平衡负荷地进行传输的同时为电动汽车进行单相的充电。
然而，对于这种或者类似的已知充电装置来说问题是，由于基础设施的连接到不同相位的其它负载会而形成三相的基础设施接口负荷不平衡。充电装置全部附加地以相同的功率加载这三个相位，由此可能造成，激活基础设施接口的线路保护并且触发在最强加载的相位处的保险装置。如果对此规定，充电装置调节基础设施接口的最大电流并且及时地在三个相位上均匀地降低其功率，那么就能避免触发保险装置，其中当然可供使用的功率潜能不能被有效地充分利用，尤其是当其中一个相位比其它相位明显更强地被加载时。
发明内容
因此本发明的目的在于，提出一种快速地和/或改进地借助于三相的充电装置进行充电以及必要时也进行放电的可能方案。
为了解决该技术问题，根据本发明针对前述类型的方法提出：充电装置在运行阶段从检测装置接收相位解析的(或者说各相位相对应的)功率数据，所述检测装置测量输入到能量系统的电功率，在使用功率数据的情况下针对每个相位求得与相位相关的期望功率，针对每个相位求得的期望功率由相应的相位来调用。
因此根据本发明提出，通过充电装置也可实现关于相位的不平衡的功率需求，因此允许对多相位的充电装置的各个相位的选择性的调节。为了检测在这些相位中的功率，在此使用机动车外部的检测装置，所述检测装置测量输入到机动车外部的能量系统、比如像基础设施的本地电网中的功率。所谓三相的检测装置是指通常的电流表、尤其是所谓的智能仪表。智能仪表已经具有自主智能(Eigenintelligenz)并且通常也具有检测装置侧的通信装置，通过所述通信装置使当前的功率数据可被调用、尤其是可被充电装置调用。以这种方式能够识别并且对应地控制能量结构接口、尤其是房屋接口的不平衡的负载。如果例如某相位当前负荷较小，而另一个相位负荷较大，那么就可以从负荷较小的相位要求更多功率而从负荷较大的相位要求更少的功率，从而与充电装置功率在所有相位上的均匀调用相比能够实现备用储备。
通过使用大多本来设置在基础设施处的检测装置来测量每个相位的功率，该功率目前由能量供给器提供给基础设施、尤其是房屋。这样的信息作为功率数据通过通信接口连续地传递给充电装置。所述充电装置被设计成，能够在所有相位上个别地调整有待从能量系统获取的功率。以这种方式能够降低在本来负荷较大的相位处从能量系统接收的能量并且提高在负荷较小的相位处从能量系统接收的能量，以便能够提高总计可供充电使用的充电装置功率，从而更快并且更有效地充电。通过所述检测装置和所述充电装置的控制装置形成一闭环的调节回路，所述检测装置在中央部位利用与充电装置的通信求得基础设施的本地电网的与相位相关的电负荷，所述控制装置实现根据本发明的方法，所述调节回路尤其能够最大化所获取的充电装置功率和/或平衡能量系统中各个相位的负荷。在此优选实时更新和使用期望功率。通过持续地与基础设施接口、尤其是房屋接口处的检测装置进行通信，可以快速地对其它干扰、比如像家务中的使用行为做出反应并且可以快速地改变功率，从而不必触发机械的保险装置并且在能量系统的最佳的负荷程度下能够达到最大的充电装置功率。
这种充电装置的应用可能性因此提高了电池的充电速度，而用户不必提高尤其是在房屋接口处为其能量系统原则上提供的输入功率。更确切地说，在考虑基础设施中的其它负载的情况下机动车能够一直以瞬时最大可用的、而不会触发保险装置的充电装置功率进行充电。
在此需要指出的是，还已知充电装置，通过该充电装置电池能够将自身电能馈入到能量系统中，因此也能够进行放电运行。于是对于这种放电运行来说也可以应用本发明，从而例如在较大负荷的相位中能够馈入比在较小负荷的相位中更多的充电功率作为期望功率等等。当然，运行阶段因此不仅可以是充电运行也可以是放电运行，其中本发明优选至少应用于充电运行。
有利的是，功率数据可以包括每个相位的当前的有功功率。所述当前的有功功率是指由通常市售的检测装置、尤其也即电流表获取并且提供的数值。对此例如在最大化针对相位提取的期望功率时仅已知针对该相位的有功功率便可以了，这是因为用于通常的基础设施、尤其是房屋的无功功率大多可以估计和/或甚至由能量供给器限定。于是可以如此进行针对各个相位的功率提取的控制，从而不会触发保险装置。
然而优选的是，功率数据也包括每个相位借助于检测装置测量的无功功率，因为这样便可以得知并且直接求得整个的视在功率，所述视在功率通过保险装置规定或者说还附加地实现了涉及保险装置触发的电流。由于检测装置能够确定有功功率，所以本就能由此得出：电流与电压之间的相位偏差是可测的、进而原则上也可以求得无功功率，存在有许多可用的检测装置来实现这一点。
本发明的一种特别有利的设计方案在此情况下规定：与功率数据一起接收借助于检测装置测量的每个相位的无功功率，其中使用描述无功功率的功率数据从而借助于充电装置侧的补偿部件、尤其是功率因数校正单元(PFC)来针对整个能量系统进行按相位的无功功率补偿。已知的多相位的充电装置一般地已经针对每个相位都具有功率因数校正单元(经常也可以是功率因数校正过滤器)作为补偿部件，该单元在英语中可以被称为PFC单元(PFC-Power Factor Correction)。该补偿部件允许设定功率因数，也就是存在电容性的和/或电感性的无功功率，例如设定为在1两侧0.9电感性到0.9电容性的范围中。如果当前已知在各个相位上的无功功率分布的信息，那么能够通过充电装置、尤其是其控制装置基于本来存在的补偿部件实现按相位的无功功率补偿。
如上所述，在本发明的范畴中特别优选的是，以使各相位的总负荷平衡的方式和/或以——尤其是在避免触发保险装置的情况下——使充电运行和/或放电运行可用的充电装置功率最大化的方式求得期望功率。以这种方式因此可以最大化充电功率和放电功率，并且同时平衡地加载能量系统。避免了触发相位的保险装置，同时在所有相位上利用最大的可用充电装置功率。
有利的是，充电装置对于每个相位具有配属的功率电子器件，从而能够通过操控相应的功率电子器件来设定期望功率。以这种方式，对于每个相位来说最终存在自已的子充电装置，而源自这些子充电装置的充电电流便可以组成总充电电流。以这种方式极其完美地实现了依照相位而定的可操控性以及调节。
本发明尤其也允许使用更强劲的充电装置，尤其是那些具有大于10kW、例如11kW或者22kW的最大充电装置功率的充电装置，而不会产生因此触发保险装置的风险。尤其也可以使用直流快速充电设备，在所述直流快速充电设备中用于产生为电池充电的直流电的整流器不设置在机动车内，而是包含在机动车外部的充电设备中，从而在这种情况下将充电直流电通过机动车的充电接口输送给电池。
因此，本发明不仅可以应用于机动车外部的充电装置，也可以应用于机动车内部的充电装置以及组合形式。换句话说，可以应用至少部分地在机动车内部和/或至少部分地在机动车外部实现的充电装置。
除了上述方法本发明还涉及一种用于机动车的电池的充电装置，所述充电装置具有为了实施根据本发明的方法而构造的控制装置、转换装置以及用于与检测装置进行通信的通信装置。优选地，充电装置针对每个相位具有各自的、配属的功率电子器件，其中所述控制装置可以相应地操控各个功率电子器件以实施所述方法。根据本发明的方法的所有实施方式可以类似地转用于根据本发明的充电装置的实施方式，因此利用这些实施方式同样可以获得已经提到的优点。
最后，本发明还涉及一种机动车，其带有电池以及根据本发明的电池充电装置，对于所述机动车上述内容仍有效。在这种情况下，充电装置就集成到机动车中(随车充电器OBC)。
附图说明
本发明的其它优点和细节由以下描述的实施例以及借助附图得出。附图中，
图1示出用于实施本发明方法的系统；
图2示出根据本发明的充电装置；并且
图3示出本发明方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了基础设施1的原理图，该基础设施这里构造为房屋2。通过房屋接口3可以从能量供给器调用三相的功率。对所接收的功率的分配在能量系统4中进行，其中所产生的本地电网部分和可能连接的负载5仅原则性地示出。
已经三相连接或者被三相连接的特定负载这里是在机动车外部的充电装置7，该充电装置7作为充电设备实施并且布置在房屋2的车库6中，所述充电装置例如可以布置在充电桩中和/或墙盒式充电器中。通过充电装置7可以为机动车9的电池8充电，也能够将来自电池8的电能通过充电装置7馈入到能量系统4。充电装置7替代地也可以安装在机动车9内部，进而构造为随车充电器OBC，另外替代地也可以考虑组合形式。图1所示的机动车外部的充电装置7适合构造为直流快速充电设备。
构造为智能仪表的检测装置10测量输入到能量系统4中的电功率，具体而言不仅测量每个相位的有功功率而且测量每个相位的无功功率。每个相位当前的有功功率和当前的无功功率通过通信连接11(参见图2)提供给充电装置7，这一点在图2中功能准确地示出。所述充电装置7具有三相的输入端12，每个相位都有线路13能够连接到所述输入端。于是为每个相位带来自身的功率电子器件14，所述功率电子器件尤其包括在这里相应示出的功率因数校正单元15和转换装置16作为组成部分。通过功率因数校正单元15(PFC单元)可以调整功率因数。转换装置16将各个相位的交流电转换成适合于给电池8充电的充电电流。在此，所述转换装置16相应地包括至少一个AC/DC转换器，以便能够产生作为直流电的充电电流。各个转换装置16的输出端之后汇集到一起，从而将充电电流通过输出端17输送给线路18，例如像用于电池8的充电线缆。
充电装置7的运行当前被设计用于功率大于10kW——例如11kW或者22kW——的情况，该运行通过控制装置19进行控制，所述控制装置这里也作为调节器起作用。因为充电装置7此外具有通信装置20，通过所述通信装置能够建立与检测装置侧的通信装置21的通信连接11。
通过通信连接11接收包含每个相位当前的有功功率和当前的无功功率的功率数据。控制装置19由此求得用于各个相位的期望功率，从而在整个能量系统4上实现各个相位的负荷平衡的同时实现最大充电装置功率。然后基于该期望功率如此操控相应的功率电子器件14，即得出对于这些相位确定的、来自能量系统4的期望功率。这种按相位的操控通过箭头22示出，该操控由于控制装置19在整个能量系统4中建立负荷平衡而导致了在充电装置7中各相位的负荷不平衡。
由于还存在关于按相位的无功功率的信息，控制装置19此外操控功率电子器件14、这里具体而言是操控功率因数校正单元15，以在能量系统4内部实现无功功率补偿。由于持续地实时存在功率数据，控制装置19和检测装置10最终形成闭环的调节回路，这是因为期望功率可以持续地实时更新，进而能够对房屋2中的负荷、例如关于负载5的负荷的改变快速地进行反应，以便实现对充电装置功率的最大的提取，而不必担心触发在图1中没有详细示出的保险装置的风险。控制装置19实时地检查：在不引发保险装置的情况下还能从任一相位提取多少功率，并且从该相位提取相应的功率，从而实现了充电装置功率的最大化并且同时实现能量系统范围中各相位的负荷平衡。对此控制装置19当然知晓保险装置的特性。
图3通过流程图表再次总结了根据本发明的方法。在步骤S1中，控制装置19接收来自检测装置10的当前的功率数据。在步骤S2中，使用该功率数据，以便由此求得在各相位处调用的、当前的期望功率。在步骤S3中，通过相应地操控用于各个相位的功率电子器件14来实施该期望功率。于所有这些步骤(S1～S3)并行地，在步骤S4中进行所描述的无功功率补偿。由于控制装置19一直收到最新的功率数据，所以进行期望功率的持续调整。
根据本发明的、在附图中没有详细示出的机动车6具有集成为随车充电器(OBC)的充电装置7。这种机动车内部的充电装置7在此一般地与电池8和充电接口固定地连接，通过所述充电接口直接建立与能量系统4的三个相位的连接。

Claims (10)

1.一种用于运行充电装置(7)的方法，该充电装置用于机动车(9)的电池(8)，所述充电装置(7)借助于转换装置(16)将来自于基础设施(1)——尤其是房屋——的电气的能量系统(4)的电功率转换成适于给电池(8)充电的电流和/或借助于转换装置(16)将电池(8)的电能馈入到能量系统(4)中，所述能量系统是三相的、为其它负载(5)供电的、机动车外部的能量系统，其特征在于，
所述充电装置(7)在运行阶段从检测装置(10)接收相位解析的功率数据，所述检测装置测量输入到能量系统(4)的电功率，所述充电装置在使用所述功率数据的情况下针对每个相位求得与相位相关的期望功率，针对每个相位求得的期望功率被从相应的相位调用。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率数据包括每个相位的当前的有功功率。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于检测装置(10)测量的每个相位的无功功率与功率数据一起被接收，使用描述无功功率的功率数据从而借助于充电装置侧的补偿部件、尤其是功率因数校正单元(15)来针对整个能量系统(4)进行按相位的无功功率补偿。
4.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，以使各相位的总负荷平衡的方式和/或以——尤其是在避免触发保险装置的情况下——使充电运行和/或放电运行可用的充电装置功率最大化的方式求得期望功率。
5.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，实时地更新并且应用所述期望功率。
6.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，充电装置(7)对于每个相位具有配属的功率电子器件(14)，其中通过操控相应的功率电子器件(14)来设定期望功率。
7.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用最大充电装置功率大于10kW的充电装置和/或构造为机动车外部的直流快速充电设备的充电装置(7)。
8.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用至少部分地在机动车(9)内部和/或至少部分地在机动车(9)外部实现的充电装置(7)。
9.一种充电装置(7)，所述充电装置用于机动车(9)的电池(8)，所述充电装置具有构造用于实施按照上述权利要求中任一项所述的方法的控制装置(19)、转换装置(16)以及用于与检测装置(10)进行通信的通信装置(20)。
10.一种机动车(9)，具有电池(8)和按照权利要求9所述的充电装置。
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