CN110488111A - 控制电动车辆的充电过程的方法和充电电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制电动车辆的充电过程的方法。在第一步骤中，确定网络连接部的网络触头与第一保护接地导体触头之间的电阻。在第二方法步骤中，将所确定的电阻与预定值进行比较。在第三方法步骤中，将时变电压施加到车辆连接部。在第四方法步骤中，检查是否可以在网络连接部处检测到由施加到车辆连接部的时变电压触发的时变信号。在第五方法步骤中，当所确定的电阻低于预定值或所确定的电阻高于预定值，同时不能在网络连接部处检测到时变信号时，启用所述充电过程。本发明还涉及一种可以执行该方法的充电电缆。

Description

控制电动车辆的充电过程的方法和充电电缆

技术领域

本发明涉及一种用于控制电动车辆的充电过程的方法和一种充电电缆，该充电电缆被设置成控制这种方法。

背景技术

电动车辆可以经由充电电缆连接到电网进行充电。在这种情况下，可以存在电网的各种技术实施方式，例如所谓的TN网络或TT网络，其中电网接地到电源，并且其中，一方面，电压可以在中性导体和电压导体之间分接，另一方面，提供保护导体，经由该保护导体可以释放故障电流，从而可以更安全地操作电子装置。替代地，电网也可以构造为所谓的IT网络，其中可以在两个导电相之间分接电压，同时仅在装置本身处提供保护接地。因此，电源不在IT网络中接地。

为了选择正确的充电模式，例如取决于电动车辆通过充电电缆连接到的电网，可以在充电电缆和电网之间进行通信，其中关于电网的信息被转发给充电电缆。DE 10 2015206 047 A1公开了一种用于这种充电电缆的插头系统，其中电网和充电电缆之间的通信(例如关于所使用的电网类型)可以通过CAN总线技术实现。

然而，这种方法非常复杂，因为必须为通信提供额外的电子设备。如果在网络侧没有提供这样的通信装置，则充电电缆不能与网络通信，因此也不能确定电网的类型。

发明内容

本发明的一个问题是提供一种用于控制电动车辆的充电过程的方法，其中，使用已知信息——TN网络、TT网络和IT网络如何构造——可以确定正在处理哪种类型的网络，并在此发现的基础上，启用或不启用充电过程。本发明的另一个问题是提供一种充电电缆，其可以连接到电动车辆和电网，并且在进行这些连接之后，可以确定正在处理哪种类型的电网，并在此发现的基础上，可以启用充电过程。

这些问题通过独立权利要求的用于控制电动车辆的充电过程的方法和充电电缆来解决。在从属权利要求中限定其他有利的配置。

用于控制电动车辆的充电过程的方法提出，作为第一步，确定网络连接部的网络触头与保护导体之间的电阻。在TN网络或TT网络中，保护导体和中性导体处于相同的电位。因此，理想地，保护导体和中性导体之间的电阻为0欧姆。如果现在测量网络连接部的两个网络触头之一与保护接地导体之间的电阻，并且这两个电阻中的一个是0欧姆，则可以预期对应的电网是工作的TN网络或工作的TT网络。在第二方法步骤中，将所确定的电阻与预定值进行比较。例如，该预定值可以是由汽车工业规定的1.6千欧的电阻值，在该情况下仍然可以预期工作的保护接地。该值对应于最大电阻值，在该最大电阻值下，在额定电压为230伏特的交流电压的情况下，确保安全触发现有的故障保护电源关闭。替代地，也可以选择另一个预定值，例如较低的值。如果车辆连接到TN网络或TT网络并且电阻值超过预定值，则可以预期电网的保护接地不再正常工作，因此，不应启用或应中断电动车辆的充电操作。

但是，在IT网络中，保护接地导体触头和网络触头彼此分开，使得在每种情况下，测量到大于预定值的电阻。尽管如此，如果电动车辆通过充电电缆连接到这样的IT网络，则可以安全地充电。在进一步的方法步骤中，现在要检测车辆所连接的网络是否是IT网络，尽管保护接地导体触头和网络触头之间存在高电阻。为此，在第三方法步骤中，将时变电压施加到车辆连接部。这种施加到车辆连接部的时变电压可以通过车辆的电容或电阻耦合发射到基板中，即发射到地中。该信号经由TN或TT网络中的保护接地传输到网络连接部的网络触头。在第四方法步骤中，可以检查是否可以在网络连接部的网络触头处检测到由施加到车辆连接部的时变电压触发的这样的时变信号。如果是这种情况，那么所使用的电网是TN或TT网络，并且在保护接地导体触头和网络触头之间测得的高电阻表示有缺陷的保护接地，从而不应启用充电过程。但是，如果在网络连接部的网络触头处无法检测到时变信号，那么这是因为IT系统中的网络触头未接地，因此经由车辆联接到地的信号不能施加至网络触头。在这种情况下，因此检测到电动车辆经由充电电缆与IT网络的连接，因此，由于该原因，可以启用充电过程。在第五方法步骤中，当所确定的电阻低于预定值或所确定的电阻高于预定值，同时在网络连接部的保护接地导体触头处不能检测到时变信号时，由此启用充电过程。因此，该方法还可以用于可靠地识别充分接地，而不管供电网络的类型如何。

结果，通用充电电缆可用于将电动车辆连接到不同配置的电网。因此，不需要在充电电缆和电网之间传输关于此的通信，以确定正在处理哪种类型的网络连接。

在第一方法步骤中，可以设置确定保护接地导体触头和若干网络触头之间的电阻，在第四方法步骤中，检测若干网络触头处的信号。特别是当充电电缆不能以防止极性反转的方式插接时，这是有利的，因为电阻和信号都不能在电网的外部导体处测量。

在该方法的一个实施例中，时变电压通过信号发生器产生。该信号发生器可以布置在充电电缆内，并且可以用于执行该方法。

在该方法的一个实施例中，时变电压是来自网络整流器的脉动直流电压。在这种情况下，网络整流器因此可以用作信号发生器。在这种情况下，如果电网是交流电压网络，并且位于充电电缆中的充电电子设备需要用于供电的直流电压，则是特别有利的，以使用网络整流器的输出电压作为时变电压为控制电路供电，为此，电缆中所需的部件数量最小化。

在该方法的一个实施例中，充电过程的启用通过继电器的切换来进行。在这种情况下，特别地，网络连接部和车辆连接部之间的一个或多个连接部可以从非导通切换到导通。结果，可以实现从网络连接部到车辆连接部的电流流动。

在一个实施例中，将时变电压施加到车辆连接部的保护接地导体触头。结果，车辆的金属部件可用于电容或电阻传输，电阻传输经由车辆的轮胎的高电阻进行。

在一个实施例中，时变电压具有频率。在网络连接部处检测时，根据频率执行滤波。

用于电动车辆的充电电缆具有网络连接部和车辆连接部。网络连接部具有第一保护接地导体触头、第一网络触头和第二网络触头。车辆连接部具有第二保护接地导体触头、第一供电触头和第二供电触头。在这种情况下，通过将第一网络触头与第一供电触头接线并将第二网络触头与第二供电触头接线，网络触头和供电触头可用于向车辆提供电流。充电电缆还具有电子控制系统，该电子控制系统被设置用于确定网络触头中的一个或两个与第一保护接地导体触头之间的电阻，并将所确定的电阻与预定值进行比较。电子控制系统进一步设置为将时变电压施加到车辆连接部，并检测第一网络触头或第二网络触头处的时变信号，并启用充电过程。

在一个实施例中，充电电缆具有信号发生器，其设置为产生时变电压。

在一个实施例中，充电电缆具有网络整流器。网络整流器布置在第一网络触头和第二网络触头之间，并输出用于电子控制系统的供电电压。时变电压是脉动直流电压。该脉动直流电压可以从网络整流器产生，例如当网络整流器配置为具有四个二极管的桥接电路时。

在一个实施例中，充电电缆在网络触头和供电触头之间具有继电器。充电过程的启用经由继电器的切换来实现。

在这种情况下，继电器可以将第一网络触头和第一供电触头之间的连接和/或第二网络触头与第二供电触头之间的连接切换为导电。结果，网络电压被施加到电动车辆并且可以用于给电动车辆的蓄电池充电。

因此，为了给电动车辆充电，充电电缆首先连接到电动车辆和网络连接。然后通过集成在充电电缆中的电子控制系统执行根据本发明的方法，并且在该过程中，使用所描述的方法来检测正在处理哪种类型的电网或者电网的保护接地是否完好。当充电电缆检测到以下情况时：由于确定的电阻低于预定值，因此保护接地是完好的；或者由于在网络触头处无法确定时变信号，很明显充电电缆连接到IT网络，则启用充电过程。

附图说明

参考示例性实施例，本发明的问题、解决方案的技术实施方式和本发明的优点将变得清楚，这些示例性实施例将在下文中借助于附图进行描述。在附图中，以示意图描绘:

图1示出了充电电缆；

图2示出了充电电缆的插头引脚布置；

图3示出了充电电缆的另一插头引脚布置；以及

图4示出了充电电缆和车辆内部的布线的电路图。

具体实施方式

图1示出了充电电缆100，借助于该充电电缆100，电动车辆可以连接到网络连接部。为此，充电电缆具有网络连接部110和车辆连接部120。在这种情况下，网络连接部110和车辆连接部120可以设计为插头和/或插座。

图2示出了图1的网络连接部110的插头引脚布置。第一网络触头131和第二网络触头132可用于向充电电缆100和车辆供电。此外，第一保护接地导体触头140是可用的，利用该触头可以进行保护地与车辆的连接。在TN或TT网络中，网络的中性导体可以连接到第一网络触头131，并且网络的三个外部导体中的一个可以连接到第二网络触头132。在IT网络中，第一外部导体可以连接到第一网络触头131，并且电网的第二外部导体可以连接到第二网络触头132。

图3示出了网络连接部110，其对应于模式2充电电缆的标准。网络连接部110具有第一网络触头131，其连接到电网的中性导体。此外，布置第二网络触头132、第三网络触头133和第四网络触头134，它们各自连接到电网的三个外部导体之一。第一保护接地导体触头140用于连接保护地。通过网络连接部110的这种插头引脚布置，可以获得相对高的充电电流，因为网络的两个外部导体之间的三相电流也可以用于给车辆充电。

车辆连接部120可以类似与图2和3中所示的网络连接部类似地构造。此外，可以存在另外的触头，例如参照欧洲标准62196类型2中的模式2充电电缆定义，例如用于确定插头是否插入，或为了在电动车辆和网络连接部之间交换控制信号。此外，还可以提供额外的直流电压触头。

图4示出了车辆连接部件120和网络连接部件110之间的充电电缆100的内部布线。网络连接部110具有第一网络触头131、第二网络触头132和第一保护接地导体触头140。车辆连接部120具有第一供电触头171和第二供电触头172以及第二保护接地导体触头160。第一供电触头171和第二供电触头172连接到电动车辆200的车辆电池210，车辆电池210和电动车辆200不是充电电缆100的一部分。电动车辆200经由第二保护接地导体触头160经由车辆阻抗220电容地且电阻地耦合到地230。在这种情况下，第二保护接地导体触头160可以连接到电动车辆200的金属部件。然后，电容耦合由这些金属部件和基板之间的电容产生，而电阻耦合可以通过轮胎进行。

充电电缆100具有控制单元150。在第一网络触头131和第二网络触头132之间布置有网络整流器180，这里包括四个二极管的桥接电路。借助于网络整流器180，可以为控制单元150提供直流电压。在这种情况下，网络整流器180可以接收另外的部件，例如用于平滑所产生的直流电压的变压器和/或电容器，这些部件未在图4中示出，但是，对于本领域技术人员而言，从交流电压产生用于电子控制系统的直流电压是已知的。控制单元150被设置为确定第一保护接地导体触头140和第一网络触头131之间的电阻。此外，控制单元150被设置为将第一保护接地导体触头140和第一网络触头131之间的所确定的电阻与预定值进行比较。电子控制系统经由控制导电部件151连接到开关190。开关190连接到第一网络触头131和第二网络触头132，并且还连接到第一供电触头171和第二供电触头172。

如果通过比较第一保护接地导体触头140和第一网络触头131之间的电阻与预定值得出，所确定的电阻值低于预定值，则电动车辆200的充电可以通过开关190启用，通过第一网络触头连接到第一供电触头，以及第二网络触头连接到第二供电触头。这可以通过切换两个连接部中的一个或两个的导电性来进行，在第一种情况下，第二连接部以连续引导和不可切换的方式执行。

如果充电电缆100连接到TN或TT网络，则在TN网络的情况下，第一保护接地导体触头140导电地连接到第一网络触头131，在这种情况下，第一网络触头131被设计为中性导体。在TT网络中，第一保护接地导体触头140和第一网络触头131之间的连接经由地和电源的接地进行。在这两种情况下，在第一保护接地导体触头140和第一网络触头131之间仅测量到低电阻，在理想接地的情况下该电阻理想地为0欧姆，并且低电阻仍然可以导致充分的保护接地。例如，预定值可以是1.6千欧，因为在电阻为1.6千欧时，第一保护接地导体触头和第一网络触头之间仍然可以预期充分的接地。

通过检测这种低电阻，因此可以确定电动车辆200连接到具有完好保护接地的TN或TT网络。在这种情况下，可以经由开关190启用充电过程。

例如，如果第一保护接地导体触头140和第一网络触头131之间的电阻高于1.6千欧的预定值，则这是以下指示：当充电电缆100连接到TN或TT网络时，保护地没有充分的屏蔽，相应地，不应在TN或TT网络中启用充电过程。

然而，如果充电电缆100以及电动车辆200连接到IT网络，则第一网络触头131和第二网络触头132均放置在IT网络的外部导体上。第一保护接地导体触头140未连接到第一网络触头131，因为后者从非接地电源直接引导到第一网络触头131而没有插入接地。结果，第一网络触头131和第一保护接地导体触头140之间的电阻无限大，使得开关190最初不应被切换，因此应当启用电动车辆200的充电。控制单元150经由信号触头152连接到第二保护接地导体触头160。如果在第一保护接地导体触头140和第一网络触头131之间记录的电阻太高，则控制单元150被设置为经由信号触头152向第二保护接地导体触头160施加时变电压。该时变电压经由车辆阻抗220耦合到地230中。由于第一网络触头131经由TN网络中的保护地连接到地，并且经由TT网络中的电源的接地连接到地，因此耦合到地的该信号可以在第一网络触头131处再次分接。控制单元150被设置为在第一网络触头处确定该信号，并且如果确定了这样的信号，则经由控制导电部件151将开关190设置为不导通。然而，如果充电电缆100并且因此电动车辆200连接到IT网络，则第一网络触头131因此与地230电隔离，并且经由车辆阻抗220输出到地230的信号不能在第一网络触头131处分接。在这种情况下，控制单元150同样被设置为将开关190设置为导通，因为由于没有时变信号，检测到充电电缆100和电动车辆200到IT网络的连接，并且在后者中，充电过程的启用是安全的。控制单元150可以配置为电子控制系统。

同样地，图4描绘了可选的信号发生器153，通过该信号发生器153可以产生时变电压，然后将该时变电压施加到信号触头152并因此施加到第二保护接地导体触头160。

在一个实施例中，控制单元150和/或信号发生器153被设置为从网络整流器180产生的脉动直流电压产生时变电压。

在一个示例性实施例中，开关190是继电器。作为继电器的替代方案，开关190还可以设计为高性能MOSFET，高性能二极管或不同设计的半导体开关。

可以设想，时变电压具有频率，并且控制单元150被设置为根据该频率对在第一网络触头131处分接的信号进行滤波。结果，可以显著提高信号量。

可以设置测量第一保护接地导体触头140和两个网络触头131、132之间的电阻，并检测两个网络触头131、132处的信号，特别是当充电电缆100没有防止极性反转的插头时。为了启用充电过程，所测量的电阻之一必须低于预定值，或者可以在网络触头131、132之一处检测到可变信号。

尽管已经通过优选的示例性实施例更详细地描述和描绘了本发明，但是本发明不限于所公开的示例性实施例。在不脱离本发明的保护范围的情况下，可以由此和/或从本发明的描述中得到其他变化。

附图标记列表

100 充电电缆

110 网络连接部

120 车辆连接部

131 第一网络触头

132 第二网络触头

133 第三网络触头

134 第四网络触头

140 第一保护接地导体触头

150 控制单元

151 控制导电部件

152 信号触头

153 信号发生器

171 供电触头

172 供电触头

160 第二保护接地导体触头

180 网络整流器

190 开关

200 电动车辆

210 车辆电池

220 车辆阻抗

230 地

Claims (10)

1.一种用于控制电动车辆(200)的充电过程的方法，具有以下步骤：

-确定网络连接部(110)的网络触头(131，132)与第一保护接地导体触头(140)之间的电阻；

-将所确定的电阻与预定值进行比较；

-将时变电压施加到车辆连接部(120)；

-检查是否可以在所述网络连接部(110)处检测到由施加到所述车辆连接部(120)的时变电压触发的时变信号；

-当所确定的电阻低于所述预定值或所确定的电阻高于所述预定值，同时在所述网络连接部(110)处未能检测到时变信号时，启用所述充电过程。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述时变电压通过信号发生器(153)产生。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述时变电压是来自网络整流器(180)的脉动直流电压。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述充电过程的启用通过切换继电器进行。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述时变电压施加到所述车辆连接部(120)的第二保护接地导体触头(160)。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述时变电压具有频率，且其中当在所述网络连接部(110)处检测时，根据所述频率执行滤波。

7.一种用于电动车辆(200)的充电电缆(100)，

具有网络连接部(110)和车辆连接部(120)，其中，所述网络连接部(110)具有第一保护接地导体触头(140)、第一网络触头(131)和第二网络触头(132)，其中，所述车辆连接部(120)具有第二保护接地导体触头(160)、第一供电触头(171)和第二供电触头(172)，其中，所述充电电缆(100)具有控制单元(150)，其中，所述控制单元(150)设置成：

-确定所述网络触头(131，132)中的一个与所述第一保护接地导体触头(140)之间的电阻，

-将所确定的电阻与预定值进行比较，

-将时变电压施加到所述车辆连接部(120)，

-在所述第一网络触头(131)处和/或所述第二网络触头(132)处检测时变信号，以及

-启用充电过程。

8.如权利要求7所述的充电电缆(100)，还具有信号发生器(153)，其中所述信号发生器(153)设置成产生所述时变电压。

9.如权利要求7或8所述的充电电缆(100)，还具有网络整流器(180)，其中所述网络整流器(180)布置在所述第一网络触头(131)和所述第二网络触头(132)之间，其中所述网络整流器(180)输出用于所述控制单元(150)的供电电压，其中所述时变电压是脉动直流电压。

10.如权利要求7至9中任一项所述的充电电缆(100)，还具有所述网络触头(131，132)和所述供电触头(171，172)之间的继电器(190)，其中，所述充电过程的启用经由切换所述继电器(190)进行。