CN111469684A - 充电电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种充电电缆，该充电电缆具有整流器(5)以及第一连接元件(2)和第二连接元件(3)，其中，第一连接元件(2)被设计用于与车辆外部的电源连接，第二连接元件(3)被设计用于与具有电的动力蓄能器的机动车的充电插座连接，其中，通过整流器能将在第一连接元件(2)上馈入的交流电流转换为能在第二连接元件(3)上输出的直流电流，其中，第一连接元件(2)通过充电电缆(1)的接口(11)可拆松地紧固在充电电缆(1)上。

Description

充电电缆
技术领域
本发明涉及一种充电电缆，该充电电缆包括整流器以及第一连接元件和第二连接元件，其中，第一连接元件被设计成与车辆外部的电源连接，第二连接元件被设计成与包括电的动力蓄能器的机动车的充电插座连接，其中，馈入在第一连接元件处的交流电流/交变电流/交流电可以通过整流器被转换成可以在第二连接元件处输出的直流电流。
背景技术
包括动力电池的机动车也被称为电动车辆。这种类型的电动车辆通常通过通用电网或低压电网充电。为此，必须将由电网提供的交流电流或由电网提供的交流电压转换为直流电流或直流电压，以便能够为电动车辆的动力电池充电。该转换可以例如通过包括整流件的充电器来进行。直流充电(DC-充电)和交流充电(AC-充电)可作为电动车辆的充电选项。适于DC-充电的电动车辆通常具有DC-连接件，通过该DC-连接件可以将电动车辆与车辆外部的DC-充电站连接。对电网中使用的交流电流进行整流的整流器安装在车辆外部的充电站中。
在AC-充电时，机动车的AC-连接件与AC-充电站或AC-电流源连接。交流电流或交流电压通过安装在车辆中的整流器进行整流，该整流器通常是安装在机动车中的充电器的部件。安装在机动车中的这种类型的充电器典型地具有在3.6kW至44kW之间的充电功率。在使用外部充电器的情况下，例如安装在DC-充电桩中的充电器，可以实现高达350kW的功率。
此外，AC-充电被区分为所谓的模式-2-充电和所谓的模式-3-充电(国际标准IEC61851)。在模式-2-充电中，机动车在单相或多相的交流电源上充电，在其中可以使用带有集成的控制-和保护电路的电缆(国际标准IEC 62752)，该控制-和保护电路设计为例如缆上控制箱(ICCB)。在模式-3-充电中，壁箱和/或立柱用作交流电流源。各个交流电流源通过电缆连接到机动车上，交流电流源通过电缆与安装在机动车中的充电器连接。车辆中的充电器与机动车的AC-连接件或包括AC-连接件的充电插座连接，并且与机动车的高压-直流电网连接。由于这种充电器——特别是在高的充电功率的情况下——具有很大的尺寸，并且由于实现的电功率而需要冷却，例如通过连接到机动车的冷却系统，因此，希望取消这种机动车侧的充电器，特别是因为对于DC-充电不需要这种充电器。
由于随着私人和公共的DC-充电桩基于其可提供更高的充电功率而可用性越来越高，通过AC-充电选项进行充电以及进而集成在车辆中的充电器的使用频率逐渐减少，因此，希望提供对于交流电流源的充电选项，则可以取消集成在车辆中的整流器。对此从现有技术中已知各种可能性。
例如，文献DE 10 2015 207 400 A1描述了一种具有变压器的电缆绕线装置，用于对电动车辆的蓄电池进行充电和/或放电。所述装置包括固定部分和可转动部分，其中，可转动部分被设置成用于缠绕带有充电插头的充电电缆，并且固定部分具有用于与电网连接的连接件。可转动部分和固定部分通过变压器彼此电连接。此外，在绕线装置中集成有功率电子器件，该功率电子器件将从三相交流电压网吸收的交流电压转换为用于对蓄电池和车辆电池充电的直流电压。
在文献DE 10 2016 106 840 A1中描述了一种具有能量吸收连接端和能量输送连接端的能量传输装置。该装置可以通过能量吸收连接端与供给电动车辆或电动车辆充电站耦合。该装置可以通过能量输出连接端与待充电的电动车辆连接。能量传输装置可以配备有变流器，该变流器被设计用于在提供给能量输出连接端之前将在能量吸收连接端处接收的能量进行电转换。由于用于给机动车充电的充电电缆通常被携带在机动车中，因此希望该充电电缆尽可能小和尽可能轻。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种能以尽可能多的不同方式使用的充电电缆，该充电电缆特别能在没有在车辆侧安装充电器的情况下实现充电。
为了实现该目的，根据本发明提出，第一连接元件通过充电电缆的接口可拆松地紧固在充电电缆上。有利地，这使得能够提供不同类型的第一连接元件，其中，对于所提供的电源待使用的第一连接元件可以通过接口与充电电缆连接。这样做的优点是，充电电缆和特别是内置在充电电缆中的整流器可以用于不同类型的充电情况。因此，特别是可以通过相应的第一连接元件将充电电缆与车辆外部的单相、两相或三相交流电流源连接。
充电电缆的整流器可以包括控制装置，通过该控制装置可以控制整流器的运行。由于在充电电缆中设置有整流器，因此可以放弃机动车中的整流器或充电器。这样做的优点是，可以通过省去机动车侧的充电器来减轻车辆重量。此外，根据本发明的充电电缆是机动车的附属构件、而不是集成构件，这例如使充电电缆更容易地适配于不同的、可区域性使用的电源和/或区域性有效的不同规定。
第二连接元件用于将充电电缆与具有电的动力蓄能器的机动车的充电插座、特别是直流-充电插座连接。为此，第二连接元件例如可以构造为CCS-插头或CHAdeMO-插头。
根据本发明可以提出，第一连接元件具有至少一个电阻器作为电阻编码器，其中，整流器可以根据至少一个电阻的电阻值运行。例如，为此可以通过一条或多条评估线路将控制整流器的运行的控制装置与连接元件连接，从而可以读出设置在第一连接元件中作为电阻编码器的电阻器。第一连接元件可以被设计为可以与交流电网连接的插头。根据交流电网的类型，这种插头可能有所不同。例如，在单相的交流电压网中，可以将保险插头用作第一连接元件。例如，在两相或三相系统中，可以考虑使用CEE-插头。通过在第一连接元件中设置至少一个电阻器作为电阻编码器，可以检测第一连接元件的类型和/或交流电网的类型，从而可以相应于交流电网、特别是根据交流电网的相数来运行整流器。
根据本发明可以提出，接口被设计成联接器。该联接器可以具有两个可耦合的联接部段、例如插头或插座，通过该联接部段可以将第一连接元件可拆松地固定在充电电缆上。联接部段可以与第一连接元件连接，第二联接部段可以与第二连接元件和/或充电电缆的电缆部段连接。联接器可以具有固定装置，例如卡口锁或彼此接合的或可以被推入彼此中的插头或插座。在此也可以在接口与第一连接元件之间或者在接口与第二连接元件之间分别布置充电电缆的电缆部段，从而接口分别通过电缆部段与第一连接元件和第二连接元件连接。
根据本发明还可以提出，接口布置在第一连接元件上。这使得不同的连接元件能够可拆松地直接紧固在接口处，从而除了充电电缆之外，仅必须携带不同类型的第一连接元件，以在车辆外部的不同的电源处充电。可以独立于所选择的第一连接元件来使用第二连接元件和/或充电电缆的一个或多个电缆部段。接口可以被设计为联接器，其中，联接器的联接部段可以被集成到第一连接元件中。
另选地，根据本发明可以提出，接口布置在充电电缆的接纳保护电路的接纳部段上，该接纳部段集成在充电电缆中并且固定地与第二连接元件连接。充电电缆的接纳部段可以是例如所谓的缆上控制箱(ICCB)。被接纳在接纳部段中的保护电路可以包括例如用于电隔离的装置和/或至少一个安全电路、例如限流电路和/或FI-开关或保险装置。充电电缆的整流器也可以布置在接纳部段中。充电电缆的接纳部段可以特别是通过充电电缆的电缆部段固定地与第二连接元件连接。第一连接元件可以可拆松地或固定地与另一电缆部段的第一端部连接，其中，该另一电缆部段的第二端部与布置在接纳部段上的接口连接。接纳部段可以被壳体包围，以便保护充电电缆的、布置在壳体中的部件。
另选地，根据本发明可以提出，接口布置在第二连接元件上。接口与第一连接元件或与充电电缆的可能存在的接纳部段的连接可以通过充电电缆的电缆部段实现。
在本发明的一种优选的实施形式中可以提出，整流器布置在第二连接元件的壳体中。这实现了充电电缆的节省空间的设计。在整流器布置在第二连接元件的壳体中的情况下，在接口布置在第二连接元件上时，与充电电缆的电缆部段固定连接的第一连接元件可以与第二连接元件或与布置在第二连接元件的壳体中的整流器可拆松地连接。第二连接元件也可以与电缆部段的第一端部固定连接，其中，该接口布置在电缆部段的第二端部上并且可以与第一连接元件可拆松地连接。
根据本发明可以提出，在第二连接元件的壳体中布置用于电隔离的至少一个装置和/或至少一个安全电路。接纳在接纳部段中的安全电路例如可以包括限流电路和/或FI-开关或保险装置。在第二连接元件的壳体中的用于电隔离的装置和/或保护电路的布置使得可以将例如由缆上控制箱提供的功能也集成在第二连接元件的壳体中。由此，可以有利地取消充电电缆的缆上控制箱或接纳部段。
根据本发明，可以对于整流器提出，整流器包括由碳化硅和/或氮化镓制成的半导体元件。通过使用由碳化硅和/或氮化镓制成的半导体元件，可以将适合于转换较高功率的整流器构造成尺寸较小并且较轻的，由此特别是简化了整流器在第二连接元件的壳体中的集成。
根据本发明可以提出，在第一连接元件和/或第二连接元件上分别布置有至少一个温度传感器，其中，整流器可根据由温度传感器测量的至少一个温度来运行。特别是可以提出，当由温度传感器之一测量的温度超过温度限值时，减小由整流器转换的功率和/或停止整流器的运行。以这种方式可以防止充电电缆过热和/或第一连接元件和/或第二连接元件的磨损。为此，温度传感器可以例如与整流器的控制装置连接，其中，该控制装置评估由温度传感器产生的温度测量值并且根据由温度传感器中的至少一个温度传感器测得的温度来运行整流器。
附加或可另选地，根据本发明可以提出，充电电缆具有至少一条信号线，通过该信号线可以在连接在第一连接元件上的充电装置与整流器之间传输至少一个充电信息，其中，整流器可以根据充电信息运行。这实现了，例如可以考虑在整流器运行时由连接在第一连接元件上的充电装置可输出的最大电流。
根据本发明可以提出，整流器具有用于测量流过充电电缆的至少一个电流的至少一个电流测量装置和/或用于测量交流电流和/或直流电流的至少一个电压值的至少一个电压测量装置。由电流测量装置或电压测量装置产生的测量值可以例如通过整流器的控制装置来评估，其中，整流器可以根据测量值进行操控。此外，可能的是，如果超过电压测量值和/或电流测量值，则关闭整流器和/或触发充电电缆的保护电路、例如FI-开关。
附图说明
本发明的其它优点和细节由下面描述的实施例以及根据附图得出。在此示出：
图1示出根据本发明的充电电缆的第一实施例的示意图，
图2示出根据本发明的充电电缆的第二实施例的示意图，以及
图3示出根据本发明的充电电缆的第三实施例的示意性电路图。
具体实施方式
在图1中示出充电电缆1的第一实施例。充电电缆1包括第一连接元件2，该第一连接元件被设计用于与车辆外部的电源连接。车辆外部的电源可以是充电桩、壁箱或者是交流电网的插座。充电电缆1还包括第二连接元件3，该第二连接元件被设计用于与包括电的动力蓄能器的机动车的充电插座连接。第二连接元件3在此被设计成，使得第二连接元件能与设计用于直流电流充电的机动车充电插座连接，或者例如能与设计用于直流电流充电的机动车充电插座部段连接。第二连接元件可以例如设计为CHAdeMO-插头或CCS-插头。
此外，充电电缆1包括整流器5，该整流器布置在充电电缆1的、具有壳体25的接纳部段6中或第二连接元件3的壳体7内部。整流器5用于对通过第一连接元件2馈入充电电缆1中的交流电流或交流电压进行整流，从而可以通过所产生的直流电流或通过所产生的直流电压对连接在第二连接元件3上的机动车的动力蓄能器进行充电。
接纳部段6分别经由电缆部段8与第一连接元件2和第二连接元件3连接。电缆部段各包含多个导体或导线，该多个导体或导线被公共的、绝缘的护套包围。在此，导线的数量可以取决于第一连接元件2的设计方式和/或取决于通过相应的电缆部段8来传输直流电流还是单相的或多相的交流电流。接纳部段6还包括例如设计为变压器或设计为直流变压器的、用于电隔离的装置9，以及还包括安全电路10，该安全电路可以例如在充电电缆1中出现过大电流时中断在第一连接元件2与第二连接元件3之间的电连接。例如，限流电路和/或FI-开关或保险装置可用作安全电路。
此外，充电电缆1包括设计为联接器的接口11，该联接器包括两个联接部段26，第一连接元件2通过该接口可拆松地固定在充电电缆1上。如图1所示，接口可以布置在接纳部段6上。在此，一个联接部段26布置在接纳部段上，一个联接部段26布置在与第一连接元件2连接的电缆部段8上。对此另选地，接口11也可以布置在第一连接元件2上的、由线12表示的位置处。在这种情况下，一个联接部段26布置在第一连接元件2上，一个联接部段26布置在电缆部段8上。此外可能的是，接口11另选地布置在第二连接元件3上的、由线13表示的位置处，其中，一个联接部段26布置在第二连接元件3上，一个联接部段26布置在电缆部段8上。
以不同的方式设计的第一连接元件2可以通过接口11可拆松地与充电电缆1连接。这使得充电电缆1能够与各种类型的交流电源或交流电网连接。例如，可以通过设计为CEE-插头的第一连接元件2实现与两相或三相交流电源的连接。另选地，可以利用例如设计为保护接触插头的、另外的第一连接元件27实现与单相交流电源连接。为此，该另外的第一连接元件27通过电缆部段8与联接部段26连接，并且代替第一连接元件2，可以通过接口11与充电电缆1连接，从而可以将充电电缆1用于通过能与另外的连接元件27连接的单相交流电源进行充电。
在图2中示出充电电缆1的第二实施例。在该实施例中，整流器5布置在第二连接元件3的壳体7内部。此外，用于电隔离的装置9以及安全电路10布置在第二连接元件3的壳体7中。接口11布置在第二连接元件上的用线13标记的位置处。另选地，在该实施例中，接口11可以布置在第一连接元件2上的用线12标记的位置处。
通过第一连接元件2或第一连接元件2与电缆部段8的可拆松的连接，可以将不同的第一连接元件2与第二连接元件3或电缆部段8以及第二连接元件3连接。这实现了，根据可用的充电选项来选择合适的第一连接元件，并且可以通过接口11将其可拆松地紧固在充电电缆上。
第一连接元件2还包括电阻器14，作为电阻编码器。电阻器14的电阻值例如可以由整流器5的控制装置经由电缆部段8的至少一条信号线来读取，其中，整流器5可以根据该电阻值来运行。这实现了，例如在使用被设计用于与单相交流电网连接的第一连接元件2时，能够相应于单相整流运行。第一连接元件2例如可以构造为保护接触插头，其中，为该实施方式分派电阻14的特定的电阻值。相应地，第一连接元件2的其它实施方式也可以通过电阻器14的其它电阻值来编码，所述其它实施方式例如能实现与两相或三相交流电网连接。相应地，在这些情况下，整流器5可以被运行以用于整流两相或三相交流电流。
此外，在第一连接元件2中布置有温度传感器15，在第二连接元件3中布置有温度传感器31，其中，整流器能根据由温度传感器15、31中的一个测量的至少一个温度来运行。例如，当由温度传感器15、31之一所测得的温度值超过温度测量值时，则通过操控整流器5来减小和/或切断流过充电电缆1的电流，从而可以避免充电电缆1、特别是第一连接元件2和/或第二连接元件3的损坏或磨损。整流器5包括电流测量装置16和电压测量装置17，该电流测量装置和电压测量装置用于测量流过充电电缆1的电流或测量交流电流和/或直流电流的至少一个电压值。如果出现过高的电压或过高的电流，则可以调整整流器5的运行和/或可以切断整流器5。
在图3中示出充电电缆1的第三实施例的示意性电路图，该充电电缆用于与单相交流电源连接。集成在第二连接元件3的壳体7中的整流器5包括设计为微控制器的控制装置18，该控制装置与整流器单元19连接。整流器单元19用于对单相交流电压进行整流，该单相交流电压从第一连接元件2通过电缆部段8传输至第二连接元件3。为此，电缆部段8具有用于中性导体零线(N)的第一导线26、用于交流电流(L1)的相位的第二导线27和用于保护导体(PE)的第三导线28。在设计用于与两相或三相交流电源连接的充电电缆1的情况下，可以为三相交流电流的第二相位和第三相位额外地提供各一个另外的导体。
从第一连接元件2传输到整流器5的交流电流被整流器5的整流器单元19转换成直流电流。整流器单元19通过其直流电压侧与第二连接元件3的两个触点20(DC+和DC-)连接，这两个触点被设置用于使充电电缆1与机动车的充电插座连接。为了实现整流器5的尽可能小的尺寸，整流器单元19包括由碳化硅和/或氮化镓制成的半导体元件。
整流器5还包括用于测量故障电流的电路21以及用于向控制装置18供电的电路22。设置在第一连接元件2中的、用于对第一连接元件2的类型进行电阻编码的电阻器14和设置在第一连接元件2中的温度传感器15同样分别经由接口11通过电缆部段18的信号线29与控制装置18连接。还提供了接地线30(GND)和另外两个信号线23、24(CP_in和PRX)。信号线23可以用于在控制装置18与在第一连接元件2上连接的充电站之间进行通信。例如，如国际标准所规定的，可以在控制装置18与充电站之间传输充电信息。信号线24可以用于，例如通过电阻编码获得关于第一连接元件2或电缆部段8的最大许可的电流强度的信息。为了传输相应的信息，控制装置18与触点20中的设置用于信号传输的触点(CP_out，PRX_out)连接。
可以由控制装置18通过温度传感器31来测量第二连接元件3的温度。如果第二连接元件3的测量的温度过高或通过温度传感器15测量的第一连接元件2温度过高，则可以通过操控整流器单元19来减小和/或切断经由充电电缆1传输的电流。为了避免过大的电流强度，整流器5还包括三个保险装置F1、F2和F3。
取决于可通过电阻器14的电阻值确定的第一连接元件2类型，可通过由控制装置18操控整流器单元19来运行整流器5。交流电源的可能存在的第二相和/或可能存在的第三相可以通过接口11的附加的、未示出的触点分别与整流器单元19的交流电流侧连接，从而当第一连接元件2连接到提供两相或三相交流电流的充电站上时，则可以对交流电流的所有相位进行整流。

Claims (12)

1.一种充电电缆，该充电电缆具有整流器(5)以及第一连接元件(2)和第二连接元件(3)，其中，第一连接元件(2)被设计用于与车辆外部的电源连接，第二连接元件(3)被设计用于与具有电的动力蓄能器的机动车的充电插座连接，其中，通过整流器能将馈入在第一连接元件(2)上的交流电流转换为能在第二连接元件(3)上输出的直流电流，
其特征在于，
第一连接元件(2)通过充电电缆(1)的接口(11)以能拆松的方式紧固在充电电缆(1)上。
2.根据权利要求1所述的充电电缆，其特征在于，第一连接元件(2)具有至少一个电阻器(14)作为电阻编码器，其中，整流器(5)能根据所述至少一个电阻器(14)的电阻值运行。
3.根据权利要求1或2所述的充电电缆，其特征在于，接口(11)被设计成联接器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的充电电缆，其特征在于，接口(11)布置在第一连接元件(2)上。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的充电电缆，其特征在于，接口(11)布置在充电电缆(1)的接纳保护电路的、集成在充电电缆中并与第二连接元件(3)固定连接的接纳部段(6)上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的充电电缆，其特征在于，接口(11)布置在第二连接元件(3)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的充电电缆，其特征在于，整流器(5)布置在第二连接元件(3)的壳体(7)中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的充电电缆，其特征在于，至少一个用于电隔离的装置和/或至少一个安全电路布置在第二连接元件(3)的壳体(7)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的充电电缆，其特征在于，整流器(5)包括由碳化硅和/或氮化镓制成的半导体元件。
10.根据前述权利要求中任一项所述的充电电缆，其特征在于，在第一连接元件(2)上和/或在第二连接元件(3)上分别布置有至少一个温度传感器(15、31)，其中，整流器(5)能根据通过温度传感器(15、31)测得的至少一个温度运行。
11.根据前述权利要求中任一项所述的充电电缆，其特征在于，充电电缆(1)具有至少一个信号线(23、24)，通过所述至少一个信号线能在连接在第一连接元件(2)上的充电装置与整流器(5)之间传输至少一个充电信息，其中，整流器(5)能根据充电信息运行。
12.根据前述权利要求中任一项所述的充电电缆，其特征在于，整流器(5)具有用于测量流过充电电缆的至少一个电流的至少一个电流测量装置(16)和/或用于测量交流电流和/或直流电流的至少一个电压值的至少一个电压测量装置(17)。
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