CN109649195B - 具有多个充电接口的充电设备和车辆 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于车辆的充电装置，该充电装置具有：两个多极连接器，其中每一个能够与安排在该车辆处的充电接口耦合；功率电子模块，该功率电子模块被适配为用于将交流电流转换为直流电流并且与这两个多极连接器耦合，至少一个测量装置，该测量装置被适配为确定在充电过程中在这两个多极连接器之一的极上施加的充电电流的参数，以及分析单元，该分析单元与该至少一个测量装置耦合并且被适配为基于由该测量装置确定的参数来测定该充电过程是通过该第一多极连接器还是通过该第二多极连接器来进行的。

Description

具有多个充电接口的充电设备和车辆

技术领域

在除了常规内燃发动机之外还具有电力驱动器的车辆(所谓的插入式混合动力车，也称为PHEV(plug-in hybrid electric vehicle))中，设置有类似于用于加油过程的加油口的用于充电联接的充电插座。该充电插座直接与车辆侧的充电装置(OBC——车载充电器)相连，该充电装置负责将交流电转换成直流电。

背景技术

在纯电力驱动的车辆(称为BEV(battery electric vehicle))中，驱动电池的充电采取更高的阈值。在此可能出现以下情况，其中车辆为了在充电站处充电而定位为使车辆处的充电插座并非朝向充电柱。当充电柱如果安排在停车位或停车场的一侧时，存在优选的停车方向(向前或向后)。如果驾驶员没有遵守该停车方向，因为他例如希望与所设置的方式不同地停车，则充电线缆必须横向拉过发动机罩，以便达到此时安排在车辆的相反侧上的充电插座。现有的充电概念的缺点在于充电插座的位置以及车辆在充电地点处的充电基础设施的定位缺乏灵活性。

发明内容

本发明的目的是，提供一种灵活的用于电力车辆的充电概念，通过该充电概念尤其可以避免令人麻烦地将充电线缆放置在发动机罩上。

这个目的通过根据下述1和6所述的充电设备和对应地具有该充电设备的车辆来实现。其他设计方案由下述2-5和7-8和所附说明得出：

1.一种用于车辆的充电设备，该充电设备具有：

第一多极连接器，该第一多极连接器能够与安排在该车辆处的第一充电接口耦合；

第二多极连接器，该第二多极连接器能够与安排在该车辆处的第二充电接口耦合；

功率电子模块，该功率电子模块被适配为用于将交流电流转换为直流电流并且具有多极功率连接器，其中该多极功率连接器的每个极与这两个多级连接器的分别对应的极耦合；

至少一个测量装置，该测量装置被适配为确定在充电过程中在这两个多极连接器之一的极上施加的充电电流的参数；以及

分析单元，该分析单元与该至少一个测量装置耦合并且被适配为基于由该测量装置确定的参数来测定该充电过程是通过该第一多极连接器还是通过该第二多极连接器来进行的。

2.根据上述1所述的充电设备，其中该测量装置的数量对应于该充电电流的相位的数量。

3.根据上述1或2所述的充电设备，其中提供另外的测量装置，该另外的测量装置被适配为确定在充电过程中流动通过该第一或第二多极连接器的中性导体的电流的参数。

4.根据上述1至3之一所述的充电设备，其中该至少一个测量装置并且优选该另外的测量装置被适配为测量电流强度和/或电压。

5.根据上述1至4所述的充电设备，其中该多极连接器与该功率连接器之间的电连接具有在电路板上的传导连接。

6.一种具有用于提供驱动能量的电力发动机的车辆，其中该车辆具有：

第一充电接口；

第二充电接口；以及

根据上述1至5之一所述的充电设备。

7.根据上述6所述的车辆，其中该第一充电接口和该第二充电接口安排在该车辆的不同侧上。

8.根据上述6或7所述的车辆，还具有：

控制装置，该控制装置与分析单元耦合并且被适配为锁定在充电过程中未使用的充电接口的充电盖。

本发明是基于在车辆处提供的两个充电插座(充电接口)的基本想法，由此在车辆每侧分别安排有一个充电插座。对应地，在不同的实施例中提供了一种用于具有多个充电接口的车辆的充电设备，其中该充电设备具有：第一多极连接器，该第一多极连接器能够与安排在该车辆中的第一充电接口耦合；第二多极连接器，该第二多极连接器能够与安排在该车辆中的第二充电接口耦合；功率电子模块，该功率电子模块被适配为用于将交流电流转换为直流电流并且具有多极功率连接器，其中该多极功率连接器的每个极与这两个多级连接器的分别对应的极耦合；至少一个测量装置，该测量装置被适配为确定在充电过程中在这两个多极连接器之一的极上施加的充电电流的参数；以及分析单元，该分析单元与该至少一个测量装置耦合并且被适配为基于由该测量装置确定的参数来测定该充电过程是通过该第一多极连接器还是通过该第二多极连接器来进行的。

多极连接器可以为现今常用于对电力车辆充电的连接器，其中用于单相充电和用于三相充电的连接器都可以考虑。在第一种情况下，一个极或触点用于这一个相位，而在第二种情况下，三个极用于这三个不同的相位(L1，L2，L3)。另外，一个极可以用于连接中性导体(N)，而另一个极可以用于连接接地电势或保护导体(PE)。其他的极可以用于传输控制信号。在安装后的状态下，第一多极连接器可以与第一充电接口耦合，并且第二多极连接器可以与第二充电接口耦合。

功率电子模块一般可以具有AC/DC转换器。功率电子模块的多极功率连接器可以具有一定数量的极(触点)，使得至少能够将充电电流的常见的一个或三个相位、中性导体以及保护导体连接到功率电子模块。

与该至少一个测量装置(测量记录器)耦合的分析单元能够以微控制器的形式存在。分析单元可以基于由该至少一个测量装置测量的参数值(电流强度或电压)来确定该充电过程是通过第一还是第二多极连接器来进行的。换言之，分析单元可以被适配为用于测定充电联接器连接到哪个充电接口。基于测定用哪个充电接口来进行充电，分析单元可以被适配为用于执行对由测量装置测定的参数的合理性检验。通过在本发明的充电设备中提供测量装置(电压和/或电流测量器)尤其可以避免在充电接口工作中的被动的电压反向馈送。此类保护功能的实现可以通过另外的且在适当时稍后设定的标准变化而产生。当前存在以锁定/封闭相关充电盖的方式来保护未使用的充电插座免于接触的要求。通过提供用于监测单独相位的电流流动的测量装置，可以提高安全度。

通过对由测量装置测量的参数的合理性检验，在分析单元中可以实现检验算法，该检验算法为了辨认正在工作的充电接口而进行合理性检验。当合理性测试以正面结果结束时，所测定的信息可以与对应的充电接口的充电盖的状态(封闭/打开)进行比较并且在出现不一致时可以启用或停用充电过程。充电盖理解为在具有内燃发动机的常规车辆的情况下的油箱盖的意义上放置在充电插座或充电接口处的遮盖物。分析单元被适配为将一系列所测量的测量参数与充电场景(例如通过充电插座充电或者通过左侧充电插座充电)进行比对并且检验从该充电场景出发这一系列所测量的测量参数是否合理。

根据另外的实施例，在本发明的充电设备中，测量装置的数量可以对应于充电电流的相位的数量。也就是分别提供一个测量装置用于监测/测量一个相位的电流。如果例如存在三个相位(L1，L2，L3)，则可以分别提供一个测量装置用于分别监测一个相位。测量/监测一个相位的电流的测量装置在此可以安排在将功率连接器的一个极与第一多极连接器的对应极相连的分支中，或者安排在将功率连接器的一个极与第二多极连接器的对应极相连的分支中。换言之，不要求借助于测量装置来检测从第一连接器或从第二连接器出来的一个相位(例如L2)。

根据另外的实施例，在本发明的充电设备中可以提供另外的测量装置，该另外的测量装置被适配为确定在充电过程中流动通过第一或第二多极连接器的中性导体的电流的参数。该测量装置可以为与用于测量相位相同的测量装置。在执行合理性检验时同样可以考虑到由该另外的测量装置测定的参数。

根据充电设备的另外的实施例，多极连接器与功率连接器之间的电连接具有在电路板上的传导连接。换一种方式表达，第一和第二连接器之间的传导连接可以借助于节省空间的电路板(PCB，印刷电路板)来实现，以便将能量从充电插座传输到功率电子模块。在两个充电插座向AC/DC转换器处的连接器的接线整合的常规实现方式中可以使用充电网络分配器(LNV)。在此总共使用三条线缆以及插头——其中两个分别将充电插座与LNV相连并且另一个将LNV的输出端与AC/DC转换器相连。充电网络分配器具有实心铝壳体，因为大多数情况下它安排在户外区域并且因此形成为稳健的。由此形成了另一个成本点。由于在LNV内部所需的电连接，它是非常大的(通常约30cm×30cm)并且由此形成了额外重量。通过使用电路板，可以省去所提及的三条线缆以及插头，并且整体构造可以更紧凑地形成。另外这样的构造是更可靠的，因为插头不再可能从对应的插座松脱。替代于借助于LNV来将这两个充电接口的极引导到一起，在本发明的充电设备中在不使用LNV的情况下将其引导到一起。由此可以取消作为额外部件的LNV，这产生了成本、空间和重量节约。因为由此还省去了所提及的插头连接，同时还使湿气进入的风险最小化。

在另外的实施例中还提供了一种具有用于提供驱动能量的电力发动机的车辆，其中该车辆具有第一充电接口、第二充电接口和根据本发明的充电设备。该车辆可以为纯电驱动的车辆或者为仍然另外地具有常规内燃发动机的具有混合电力驱动器的车辆。

根据另外的实施例，在该车辆中可以将第一充电接口和第二充电接口安排在车辆的不同侧上。第一充电接口可以安排在车辆的驾驶员侧上，而第二充电接口可以安排在车辆的副驾驶员侧上。通过提供两个充电接口，可以在没有车辆的优选停车取向的情况下最优地使用充电基础设施，使得尤其无需将充电线缆横拉过车辆以达到位于背向充电柱的车辆侧上的充电接口。

根据另外的实施例，该车辆还具有控制装置，该控制装置与该分析单元耦合并且被适配为锁定在充电过程中未使用的充电接口的充电盖。控制装置还可以是分析单元的一部分。因为在充电过程中充电线缆仅连接到这两个充电接口之一，可以将在未使用的接口处的充电盖锁定，使得它可靠地保持封闭。未使用的充电接口的充电盖的锁定可以基于由该至少一个测量装置提供的参数值来继续进行上述合理性检验。由此可以提高电动车辆充电的安全性，因为在充电过程中可以避免接近未使用的充电接口。

附图说明

本发明的其他细节、特征和优点将从下文借助附图对优选实施方式的说明得出。这些附图在此仅仅示例性展示本发明的实施方式，而不限制实质的发明构思。在本申请的范围内关于电部件使用的术语“耦合”或“连接”一般理解为对应的电部件借助于针对性设置的电连接而彼此相连。

图1示出现今存在的充电基础设施的示意性概览。

图2示出用于具有两个充电接口的车辆的充电设备的实施方式。

图3示出用于具有两个充电接口的车辆的充电设备的另一个实施方式。

具体实施方式

图1中展示了现在存在的示例性充电基础设施的示意性概览，其中展示了在插座1处的充电过程。然而，电力车辆理论上还可以在不同的充电点(如加电站的充电柱、家用插座或工业插接连接)处充电。在所示的示例情况下，将线缆内充电装置3(也称为IC-CPD(in-cable control and protection device，线缆内控制和保护装置))的匹配的插头2插入到插座1中。线缆内充电装置3在此构型下承担充电过程的控制，其中该线缆内充电装置例如辨别故障和过载。线缆内充电装置3的另一端终止于充电联接器4，该充电联接器插入到车辆的充电插座5(充电接口)中。充电插座5耦合到车辆侧的充电装置6(OBC)，该充电装置被适配为用于将交流电流转换成直流电流。

因为在待充电的车辆处仅设置有一个充电插座5，可以认为，将插头2与充电联接器4相连的充电线缆必须放置在车身上，才能进行充电过程。如果充电过程在充电柱处进行，则不使用线缆内充电装置3。因为在充电柱处使用的充电线缆或深或浅地弯曲，所以在充电插座5不是朝向充电柱的情况下当车辆驾驶员不得不将充电线缆横跨车辆拉到其另一侧上时，对车辆驾驶员而言充电过程可能是困难的。

图2示出用于具有两个充电接口的车辆的根据本发明的充电设备的实施方式。第一充电接口21耦合到充电网络分配器25，其中从第一充电接口21出发的线缆终止于第一插头22并且插入到充电网络分配器25中。以类似方式，第二充电接口23耦合到充电网络分配器25，其中从第二充电接口23出发的线缆终止于第二插头24并且插入到充电网络分配器25中。这两个充电接口21、23在此实施例中分别通过小圆圈表示出五个分开的极(触点)，其中每个极形成分离的线路。例如三个极可以用于相位(L1，L2，L3)，一个极可以对应于中性导体(N)并且另一个极可以对应于保护导体(PE)。自然还可以提供更多个或更少个极，例如用于另外的控制线路。

充电网络分配器25将从充电接口21、23出发的接线引导到一起并且通过第三接头26耦合到车辆侧的充电装置28的连接器27处，该充电装置尤其具有对应于功率电子模块的AC/DC转换器。如已经描述的，第一充电接口21可以安排在车辆的一侧上，例如驾驶员侧，而第二充电接口23可以安排在车辆的另一侧上。在使用图2中所示的本发明充电设备的情况下，充电过程由此可以通过第一充电接口21或者通过第二充电接口23来进行，并且因此可以灵活地匹配充电基础设施的构造状况。

图3示出用于具有两个充电接口21、23的车辆的充电设备的另一个实施方式。与图2所示的实施方式不同，没有将充电网络分配器25用于将这两个充电接口21、23的接线引导到一起。在图3中所示的实施方式中，从这两个充电接口21、23出发的接线直接在车辆侧的充电装置28处引导到一起。通过取消充电网络分配器25还减少了插接连接的数量，使得此实施方式成本更低廉、更紧凑且更轻。第一充电接口21连接到充电装置28的第一连接器31。第一充电接口21的每个极或触点对应于在充电装置28的第一多极连接器31处的一个极或一个另外的触针(通过小的矩形代表)。该布局例如可以从左向右对应于L1、L2、L3、N、PE。以类似方式，第二充电接口23也可以连接到充电装置28的第二多极连接器32，其中第二充电接口23的每个极或触点也对应于在充电装置28的第二多极连接器33处的一个极或一个另外的触针(通过小的矩形代表)。在第二连接器32处的极的布局可以从左到右对应于第一连接器31的布局。第一连接器31和第二连接器32的同名或同类的极在对应的节点37-41(也就是说，第一节点37、第二节点38、第三节点39、第四节点40和第五节点41)处引导到一起并且进一步引导到功率电子器件30，该功率电子器件一般具有AC/DC转换器。

在节点37-40和在第一连接器31处与该节点耦合的极之间的每条线路中分别提供一个测量装置33-36(也就是说，第一测量装置33、第二测量装置34、第三测量装置35、第四测量装置36)，该测量装置33-36被适配为用于确定在充电过程中流动通过相关联的线路的电流的参数值(电流或电压)。测量装置33-36中的每一个分别借助于测量线路42-45(也就是说，第一测量线路42、第二测量线路43、第三测量线路44、第四测量线路45)与分析单元46耦合。分析单元46被适配为，基于由测量装置33-36确定的参数来测定充电过程是通过第一多极连接器31(也就是说通过第一充电接口21)还是通过第二多极连接器32(也就是说通过第二充电接口23)来进行。第一和第二充电接口21、23与功率电子模块30之间的连接可以借助于电路板来实现。分析单元46可以具有微控制器，该微控制器通过电路板上的导轨对应地进行接触。

虽然在图3中所示的实施例中除了第一连接器31的保护导体极外所有其余四个极都借助于测量装置33-36来监测，但这并不是强制要求。于是例如当仅监测这三个相位L1、L2、L3之一时可能就足够了，即检测或测量流动通过对应线路的电流。与图3中展示的构型不同，测量装置33-36不需要全部安排在节点37-41的同一侧上。从所展示的测量装置33-36中的至少一个可以安排在节点37-41与第二连接器32的对应的极之间的线路上。同样，第四测量装置36可以安排在第四节点40与功率电子模块30之间。此外，不是必须监控连接器的每个相位，从而可以省去测量装置33-36中的若干。在理论上借助于所提供的测量装置监测仅一个相位就足以确定在充电过程中使用的是第一还是第二充电接口21、23。然而设置多个测量装置33-36允许更可靠的合理性检验。

分析单元46被适配为基于由测量装置33-36提供的测量值来执行合理性检验。从图3中展示的构型出发，例如可以检验由测量装置33-36测定的测量值是否匹配通过第一充电接口21进行的充电过程，其方式为检验监测第一连接器31的相位的测量装置33-35中的至少一个是否显示出电流流动，即测量到不同于零的电流强度。如果监测第一连接器31的相位的测量装置33-35没有显示出电流流动，则相反，在所进行的充电过程中使用的是第二充电接口23。当分析单元测定，虽然在第二充电接口23处进行充电过程，但第一连接器31的相位L1、L2、L3之一处有电流流动，则将这个结果分级为不合理并且可以阻止充电过程的开始或者可以中断已经开始的充电过程。

在另一个实施例中可以如上所示在第四节点41与功率电子模块30之间在图3所示的位置中放置第四测量装置。在此类构型中，在通过第二充电接口23的充电过程中可以如下进行合理性检验，使得检验这三个测量装置33-35中的至少一个是否没有显示出电流流动(更严格的指标：这三个测量装置33-35是否都没有显示出电流流动)以及第四测量装置36是否显示出电流流动。如果测定了这样一系列的测量参数，则它们对应于在使用第二充电接口23的情况下进行的充电过程中的合理性检验的正面结果。用于借助于分析单元执行合理性检验的这两种场景仅仅示出许多另外可能性中的一个，其中该合理性检验从测量装置33-36的某一种确定的安排出发来进行。

如果从一种充电场景出发，在合理性检验的范围内对所测定的测量参数的验证出现错误，则可以例如终止充电过程，其方式为分析单元46将对应的终止信号传输到车辆电子器件。在合理性检验的范围内成功进行的对测量参数的验证也可以用作允许充电过程的条件。

Claims (8)

1.一种用于车辆的充电设备，该充电设备具有：

第一多极连接器，该第一多极连接器能够与安排在该车辆处的第一充电接口耦合；

第二多极连接器，该第二多极连接器能够与安排在该车辆处的第二充电接口耦合；

功率电子模块，该功率电子模块被适配为用于将交流电流转换为直流电流并且具有多极功率连接器，其中该多极功率连接器的每个极与这两个多级连接器的分别对应的极耦合；

至少一个测量装置，该测量装置被适配为确定在充电过程中在这两个多极连接器之一的极上施加的充电电流的参数；以及

分析单元，该分析单元与该至少一个测量装置耦合并且被适配为基于由该测量装置确定的参数来测定该充电过程是通过该第一多极连接器还是通过该第二多极连接器来进行的；

其中该测量装置的数量对应于该充电电流的相位的数量。

2.根据权利要求1所述的充电设备，其中提供另外的测量装置，该另外的测量装置被适配为确定在充电过程中流动通过该第一或第二多极连接器的中性导体的电流的参数。

3.根据权利要求2所述的充电设备，其中该至少一个测量装置被适配为测量电流强度和/或电压。

4.根据权利要求1所述的充电设备，其中该多极连接器与该功率连接器之间的电连接具有在电路板上的传导连接。

5.根据权利要求2所述的充电设备，其中该另外的测量装置被适配为测量电流强度和/或电压。

6.一种具有用于提供驱动能量的电力发动机的车辆，其中该车辆具有：

第一充电接口；

第二充电接口；以及

根据权利要求1至5之一所述的充电设备。

7.根据权利要求6所述的车辆，其中该第一充电接口和该第二充电接口安排在该车辆的不同侧上。

8.根据权利要求6或7所述的车辆，还具有：

控制装置，该控制装置与分析单元耦合并且被适配为锁定在充电过程中未使用的充电接口的充电盖。

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