CN112335132A - 电动运载工具充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动运载工具充电装置EVSE(1)，其构造成对电动运载工具(2)供应充电电流，其中EVSE(1)包括带有用于连接到电动运载工具(2)的充电连接器(4)的液冷充电电缆(3)，以及构造成基于冷却液体的温度来调节充电电流的充电电流调节设备(6)。

Description

电动运载工具充电装置
技术领域
本发明涉及一种构造成对电动运载工具供应充电电流的电动运载工具充电装置(EVSE)，其中EVSE包括液冷充电电缆，其带有用于连接至电动运载工具的充电连接器。本发明还涉及一种用于调节构造成对电动运载工具供应充电电流的电动运载工具充电装置(EVSE)处的充电电流的方法，其中，EVSE包括液冷充电电缆，其带有用于连接至电动运载工具的充电连接器。
背景技术
电动运载工具(EV)直流电(DC)快速充电方法和系统在美国和欧盟(EU)两地通常使用符合IEC 61851-23和SAE J1772标准的所谓联合充电系统(CCS)协议对电动运载工具进行充电。随着充电电流的增加，用于通过充电连接器将电动运载工具供电装置(EVSE)与电动运载工具连接的液冷充电电缆正变得更常用。液体冷却允许充电电缆中的铜导体变细，并且因此硬度降低，且更易于使用，因为由于高充电电流和充电电缆内部电阻引起的过热得到处理。
DE102013021765A1描述了一种机动运载工具，特别是电动机动运载工具，其包括电能存储器和充电连接元件，该充电连接元件可以连接或连接至电能存储器以将电能存储器电连接至提供电能的外部能量供应设备。
DE202011050446U1描述了一种电连接器设备，包括：壳体，该壳体具有设置在其中的至少一个电接触元件；空腔，该空腔具有进入开口和出口开口，通过它们，冷却介质可以流过该空腔。
对于冷却液体与铜导体在其中接触的液冷充电电缆，需要不导电的冷却剂，例如油基冷却剂。油基冷却剂的缺点是，油在低温下会变得更粘。如果油太粘，则冷却液体通过充电电缆的流量会变得很低，以至于充电电缆可能在充电电缆的末端附近过热，从而损坏充电电缆。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种电动运载工具充电装置(EVSE)和一种通过使用液冷充电电缆来对电动运载工具进行充电的相应方法，由此避免充电电缆的过热和相应的损坏。
本发明的目的通过独立权利要求的特征得到解决。优选的实施例在从属权利要求中详述。
因此，该目的通过一种被构造成对电动运载工具供应充电电流的电动运载工具充电装置(EVSE)得到解决，其中EVSE包括
液冷充电电缆，其带有连接到电动运载工具的充电连接器，以及
充电电流调节设备，其构造成基于冷却液体的温度调节充电电流。
该目的还通过一种用于调节构造成对电动运载工具供应充电电流的电动运载工具充电装置(EVSE)处的充电电流的方法得到解决，其中
EVSE包括液冷充电电缆，其带有用于连接至电动运载工具的充电连接器，并且该方法包括以下步骤：
基于冷却液体的温度调节充电电流。
从而，本发明的关键是基于冷却液体的温度来对充电电流进行调节，例如，进行控制。因此，例如，只要冷却液体的温度低于温度阈值，充电电流设备(相应地，方法)将充电电流调节为从较低的充电电流开始。一旦冷却液体由于高充电电流和充电电缆内部电阻产生的热量而升温，可以将充电电流更改为更高的设置，例如最大的充电电流。这样，所提议的EVSE和方法要处理的是，冷却液体(特别是不导电的油基冷却液体)在低温下更具粘性，并且因此可能无法提供足够高的通过充电电缆的流量。通过基于冷却液体的温度调节充电电流，冷却液体的粘度或相应的流速得到处理，从而避免了充电电缆的过热和相应的损坏。
换句话说，在低的环境温度下，冷却液体贮存器中的冷却液体的粘度是决定在冷却的充电电缆中可以达到什么流速的最重要因素。冷却剂的流量直接决定了EVSE的冷却能力。如果冷却液体太冷并且因此太粘而无法提供足够的流量来冷却充电电缆，则充电电缆最后冷却的部分可能会过热。如果温度太低以至于几乎没有任何流动，则甚至在可以检测到冷却液体温度升高之前，充电电缆就会过热并损坏充电电缆。优选地，如果检测到过热，则减小或关闭充电电流，即，停止充电，以避免在充电电缆、充电连接器和/或EVSE处的任何损坏。
利用所提议的EVSE，相应地利用根据示例性实施方式的方法，基于例如30°C的冷却液体的低温，可以将充电电流调节至350A而不是500A作为最大充电电流。以这种方式减小充电电流大约会使充电电缆中的损耗减半，并且因此为冷却液体贮存器中的冷却液体提供了足够的加热时间，而没有损坏充电电缆的风险。一旦特别是在充电电缆的供应点处的冷却液体的温度达到温度阈值，充电电流就增加到其标称值500A。温度阈值的值可能取决于所使用的冷却剂类型。
通常，也称为电动运载工具充电站、EV充电站、再充电点、充电点和充点的EVSE(电动运载工具供电装置)是基础设施中的要素，其提供电能来为电动运载工具(例如插电式电动运载工具，包括电动汽车、邻域电动运载工具和插电式混合动力车)进行充电。充电电缆优选包括直径≥25mm²、50mm²或70mm²和/或长度≥4m、5m或7. 5m且≤5m、7. 5m或10m的DC导体。
为了冷却充电电缆，可以提供冷却设备，该冷却设备优选地布置在EVSE处且/或被构造成将冷却液体从充电电缆的第一端传送到相反的第二端，并且此后再从第二端传送到第一端。可以将充电电流调节设备设为限流设备，从而允许特别地相对于最大充电电流临时限制充电电流。术语“基于冷却液体的温度调节充电电流”优选地理解为，取决于冷却液体的温度来控制、限制和/或减少充电电流。因此，在检测到过热时，例如，如果冷却液体的温度超过阈值，则调节充电电流可以包括关闭充电电流。优选地，将冷却液体设为油基冷却剂，从而允许冷却液体与充电电缆的未屏蔽铜导体接触。
在EVSE或方法的另一优选实施方式中，调节充电电流包括测量冷却液体的温度。冷却液体的温度优选地在充电电缆的输入和/或输出处测量，在此处，冷却液体被注入到充电电缆中。调节充电电流优选地基于输出处的冷却液体的测量温度，特别地在此处，冷却液体从EVSE处的充电电缆流出，例如进入冷却液体贮存器。更优选地，基于流到充电电缆的冷却液体的温度来调节充电电流。冷却液体的最低温度(无论是在充电连接器处还是在EVSE处)限定了粘度瓶颈。因此，优选地，基于包括液冷充电电缆、冷却液体贮存器等的整个冷却系统内的冷却液体的最低温度来调节充电电流。
在EVSE或方法的另一优选实施方式中，调节充电电流包括对于初始时间段，使用第一充电电流对电动运载工具进行充电，并且此后使用大于第一充电电流的第二充电电流对电动运载工具进行充电。初始时间段的长度优选地取决于冷却液体的温度，且/或可以取决于冷却液体的类型，例如取决于冷却液体的加热特性，而预先限定。
在EVSE或方法的另一优选实施方式中，调节充电电流基于环境温度。在较低的环境温度下，可能要花费更长的时间才能使冷却液体具有足够的粘性，相应地摩擦力足够小，使得充电电缆的导体得到充分冷却，以避免过热和损坏。因而，环境温度越低，则充电电流可以降低更长时间和/或更高百分比值。
在EVSE或方法的另一优选实施方式中，调节充电电流包括只要冷却液体的温度低于温度阈值就减小充电电流。温度阈值可以取决于冷却液体的特性和/或环境温度。例如，在北欧国家，温度阈值可能是-10°C，而在阿拉伯国家，温度阈值可能是30°C。温度阈值可以在EVSE处预先限定和/或自由编程和/或配置。
在EVSE或方法的另一优选实施方式中，调节充电电流包括只要冷却液体的温度低于温度阈值，就使用第一充电电流对电动运载工具进行充电，并且此后使用大于第一充电电流的第二充电电流对电动运载工具进行充电。第一充电电流可以是，例如，标称充电电流或最大充电电流的40％、50％、60％或75％。就这一点而言，取决于充电电流的实际温度，调节充电电流可以每次包括恒定的调节。因此，充电电流可以线性地或以近似线性的方式增加。
在EVSE或方法的另一优选实施方式中，调节充电电流包括在充电电缆处测量用于冷却液体的输入和输出处的冷却液体的温度，以及只要所测量温度的差值超过温度阈值，就减小充电电流。这样，提供了一种自调节系统，由此一旦差值低于阈值，就可以增加充电电流。优选地，测量输入处的温度应理解为测量供应点处的温度，在该供应点处，冷却液体被施加向充电电缆且/或冷却液体离开优选布置在EVSE内的冷却液体贮存器。进而，优选地，测量输出处的温度应理解为冷却液体已经冷却了充电电缆的导体且/或冷却液体在冷却液体离开充电电缆且/或再次到达冷却液体贮存器所在的点处进行了测量。
在另一优选实施方式中，EVSE或方法包括流体供应线，该流体供应线从EVSE延伸到充电连接器并且在充电连接器处连接到充电电缆，以便将冷却液体注入到充电电缆中。流体供应线优选地平行于充电电缆延伸且/或与充电电缆分开，即，单独地连接到连接器和EVSE。优选地，流体供应线用作冷却液体的输送线。这样，当冷却液体优选地在充电连接器内被注入到充电电缆中时，被用户触摸的充电连接器是充电电缆的最冷的部分。
在另一优选实施方式中，EVSE或方法包括构造成用于测量施加向充电电缆的冷却液体的温度的输入温度测量设备和构造成用于测量已冷却充电电缆的冷却液体的温度的输出温度测量设备。优选地，输入温度测量设备被构造成用于测量流体供应线处的冷却液体的温度，例如在EVSE内或在充电连接器内，且/或输出温度测量设备被构造成用于测量充电电缆处的冷却液体的温度，例如在EVSE内和/或在充电电缆与EVSE连接的供应点处。就这一点而言，根据EVSE或方法的另一实施方式，优选将输入温度测量设备和输出温度测量设备布置在EVSE内。
在EVSE或方法的另一优选实施方式中，温度阈值取决于冷却液体。在EVSE或方法的另一优选实施方式中，基于冷却液体的温度调节充电电流。通过测量例如前面所述的冷却液体贮存器内的冷却液体的温度，取决于环境温度、冷却液体的类型(其相应的特性)和其实际温度的冷却液体的冷却能力，可以通过所提议的EVSE和相应的方法来控制充电电流，以确保始终提供足够的冷却以减轻充电电缆的任何过热或损坏。
在EVSE或方法的另一优选实施方式中，EVSE被构造成使用符合IEC 61851-23和/或SAE J1772标准的联合充电系统(CCS)协议对电动运载工具进行充电，且/或其中，提供符合IEC 62196标准的充电连接器和/或充电电缆。DC充电电缆可以包括其它导体，例如，邻近引线(PP)、用于PP信号的线、控制引线(CP)、用于CP信号线的线和/或用于PE信号的PE线。PP线、CP线和/或PE线以及相应的信令优选地根据特别地符合IEC 61851或IEC 61851-23标准的所谓的联合充电系统(CCS)协议来实现。联合充电系统(CCS)协议是一种快速充电方法，用于通过源自SAE J1772标准(IEC 1类)或IEC 2类连接器的充电连接器对输送高压直流电的电动运载工具进行充电。支持CCS的汽车制造商包括捷豹、大众、通用、宝马、戴姆勒、福特、菲亚特克莱斯勒、特斯拉和现代。CSS标准由所谓的CharIN联盟控制。而且，其它协议，例如，作为CHArge de Move的缩写的CHAdeMO，或特别地符合20234.3-2011标准的GB/T，也可以分别与所描述的EVSE及其相应的方法一起使用。EVSE和方法适用于不同类型的电动运载工具，包括例如电动巴士。优选地，EVSE和/或方法被构造成以至高1500VDC的DC输入电压给电动运载工具充电。
附图说明
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将显而易见并得到阐明。 在附图中： 图1以示意图示出了根据本发明的优选实施例的电动运载工具充电装置(EVSE)的示例实施方式。
具体实施方式
图1示出了一种用于使用充电电流对电动运载工具2进行充电的电动运载工具充电装置(EVSE)1。EVSE 1包括液冷充电电缆3，其上连接有相应的充电连接器4。液冷充电电缆3由不导电的油基冷却剂冷却，该冷却剂与充电电缆3的铜导体5接触。充电电缆3和充电连接器4根据IEC 62196标准来提供，而EVSE 1构造成使用符合IEC 61851-23和/或SAEJ1772标准的联合充电系统(CCS)协议对电动运载工具2进行充电。
EVSE 1还包括充电电流调节设备6，其被设为限流设备，限流设备被构造成基于冷却液体的温度来调节充电电流。具体地，充电电流调节设备6基于冷却液体的测量温度来调节充电电流，使得电动运载工具2最初对于初始时间段使用第一充电电流进行充电，并且此后一旦测量温度超过预先限定的温度阈值，电动运载工具2就使用大于第一充电电流的第二充电电流进行充电。例如，电动运载工具2最初使用350A进行充电，并且一旦冷却液体超过30°C，就使用500A进行充电。因而，温度阈值可能取决于环境温度。因此，温度阈值可以像以前一样是例如-10℃或30℃。
原因是，在较低的环境温度下，油基冷却液体的粘度是决定在冷却的充电电缆3中可以达到什么流速的最重要因素。冷却液体的流动直接决定冷却能力。因此，如果油基冷却液体太冷并且因此太粘而无法提供足够的流量来冷却充电电缆3，则充电电缆3的最后冷却的部分将过热。换句话说，如果冷却液体的温度如此之低，以至于在充电电缆3中几乎没有冷却液体流动，则充电电缆3将会过热并损坏充电电缆3。
因此，在示例性实施方式中，充电电流调节设备6将实际的充电电流限制为350A，而不是500A来作为最大充电电流。充电电流的这种暂时减小使由于充电电缆3中的内部充电电缆3电阻而造成的任何损耗减半。同时，给冷却液体提供了足够的时间例如在冷却液体贮存器中进行加热，使得由于冷却液体流量不足而损坏充电电缆3的风险得到减轻。一旦在充电电缆3的供应点处的油基冷却液体的温度达到温度阈值，就可以将充电电流增加到例如其标称值，而不会有任何损坏充电电缆3的风险。
为了测量冷却液体的温度，EVSE 1包括：输入温度测量设备7，其被构造和布置在EVSE 1内，用于测量施加向充电电缆3的冷却液体的温度；和输出温度测量设备8，其被构造和布置在EVSE 1内，用于测量从充电电缆3返回的、因此已冷却充电电缆3的冷却液体的温度。
充电电流调节设备6经由输入温度测量设备7和输出温度测量设备8测量充电液体的输入温度和输出温度。只要输入温度和输出温度之间的温差高于阈值，由于油基液体冷却只要保持低温就不会移动得太好，充电电流调节设备6就会将充电电流减小到阈值以下。一旦温差低于阈值，便增加充电电流。这样就提供了自调节EVSE 1。
再次参考图1，EVSE 1包括流体供应线9，其从EVSE 1延伸到充电连接器4，并在充电连接器4内连接到充电电缆3，以便将冷却液体注入充电电缆3中。流体供应线9平行于充电电缆3延伸，同时与充电电缆3分开，从而用作冷却液体的输送线。冷却液体在充电连接器4内注入到充电电缆3中，充电电缆3从而用作流体回流线。
就这一点而言，输入温度测量设备7布置在流体供应线9离开EVSE 1的一端处，而输出温度测量设备8布置在充电电缆3到达EVSE 1的一端处。输入温度测量设备7可以测量冷却液体贮存器中的冷却液体的温度，流体供应线9的端部连接到该冷却液体贮存器。总而言之，所提议的解决方案防止了充电电缆3中的局部热点，并从而防止了由于流体回流线(即，充电电缆3)中的温度过高而导致的紧急停机。
虽然已经在附图和前面的描述中详细地示出和描述了本发明，但是这样的示出和描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现公开的实施例的其它变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一种”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不意味着不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。
附图标记列表
1电动运载工具充电装置(EVSE)
2电动运载工具
3充电电缆
4充电连接器
5导体
6充电电流调节设备
7输入温度测量设备
8输出温度测量设备
9流体供应线。

Claims (9)

1.一种电动运载工具充电装置EVSE(1)，其构造成对电动运载工具(2)供应充电电流，其中所述EVSE(1)包括
液冷充电电缆(3)，其带有用于连接到所述电动运载工具(2)的充电连接器(4)，以及
充电电流调节设备(6)，其构造成基于冷却液体的温度调节所述充电电流，其中
调节所述充电电流包括
对于初始时间段，使用第一充电电流对所述电动运载工具(2)进行充电，并且此后使用大于所述第一充电电流的第二充电电流对所述电动运载工具(2)进行充电，以及/或者
只要所述冷却液体的温度低于温度阈值，就减小所述充电电流，以及/或者
只要所述冷却液体的温度低于温度阈值，就使用第一充电电流对所述电动运载工具(2)进行充电，并且此后使用大于所述第一充电电流的第二充电电流对所述电动运载工具(2)进行充电。
2.一种用于调节构造成对电动运载工具(2)供应充电电流的电动运载工具充电装置EVSE(1)处的充电电流的方法，其中
所述EVSE(1)包括液冷充电电缆(3)，其带有用于连接到所述电动运载工具(2)的充电连接器(4)，并且所述方法包括以下步骤：
基于冷却液体的温度调节所述充电电流，其中
调节所述充电电流包括
对于初始时间段，使用第一充电电流对所述电动运载工具(2)进行充电，并且此后使用大于所述第一充电电流的第二充电电流对所述电动运载工具(2)进行充电，以及/或者
只要所述冷却液体的温度低于温度阈值，就减小所述充电电流，以及/或者
只要所述冷却液体的温度低于温度阈值，就使用第一充电电流对所述电动运载工具(2)进行充电，并且此后使用大于所述第一充电的第二充电电流对所述电动运载工具(2)进行充电。
3.根据前述权利要求所述的EVSE(1)或方法，其特征在于，调节所述充电电流包括测量所述冷却液体的温度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的EVSE(1)或方法，其特征在于，基于所述冷却液体的温度和环境温度来调节所述充电电流。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的EVSE(1)或方法，其特征在于，调节所述充电电流包括在所述充电电缆(3)处测量用于所述冷却液体的输入和输出处的冷却液体的温度，以及只要所测量温度的差值超过温度阈值，就减小所述充电电流。
6.根据前述权利要求中任一项所述的EVSE(1)或方法，其特征在于，包括流体供应线(9)，所述流体供应线(9)从所述EVSE(1)延伸到所述充电连接器(4)并且在所述充电连接器(4)处连接到所述充电电缆(3)，以便将所述冷却液体注入到所述充电电缆(3)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的EVSE(1)或方法，其特征在于，包括：输入温度测量设备(7)，其构造成测量施加向所述充电电缆(3)的冷却液体的温度；和输出温度测量设备(8)，其构造成测量已冷却所述充电电缆(3)的冷却液体的温度。
8.根据前述权利要求所述的EVSE(1)或方法，其特征在于，所述输入温度测量设备(7)和所述输出温度测量设备(8)布置在所述EVSE(1)内。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的EVSE(1)或方法，其中，所述温度阈值取决于所述冷却液体。
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