CN112406611A - 用于在紧急情况下解锁充电插头的方法和电路布置 - Google Patents

用于在紧急情况下解锁充电插头的方法和电路布置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在紧急情况下解锁充电插头的方法和电路布置，所述方法和电路布置设计用于对电动车辆的电能存储器充电的充电站，所述充电站包括由电动机驱动单元激活的锁定机构。本发明包括作为自给功能块的紧急解锁控制器，紧急解锁控制器与升压转换器结合用于向电动机驱动单元供电，升压转换器的输入电压被升压到电动机的额定电压。紧急解锁控制器包括微控制器，微控制器特别地用于控制和监视电动机驱动单元，以及用于控制和监视升压转换器以及用于与通常设置在充电站中的上位锁定控制器通信。升压转换器允许将几乎全部存储在连接于升压转换器上游的存储电容器中的电能供应给电动机驱动单元，由此电动机可以在其所需的额定电压下工作。

Description

用于在紧急情况下解锁充电插头的方法和电路布置
技术领域
本发明涉及用于在紧急情况下解锁充电插头的方法和电路布置，所述方法和电路布置设计用于对电动车辆的电能存储器充电的充电站，所述充电站包括由电动机驱动单元激活的锁定机构。
背景技术
随着对电动汽车的需求的增加，对电动车的电能存储器进行定期充电已经变得必要。为了导电充电，电动车辆经由充电电缆连接到充电站。设置在充电电缆上的充电插头插入充电站处的充电插座中并锁定在那里。这通过设置在充电站中的锁定机构来实现，所述锁定机构由电动机驱动单元激活。
在发生紧急解锁时，例如在充电站中的断电期间，必须将激活锁定机构的电动机接通几毫秒(紧急操作)。为此，在正常操作中的电容器被充电直到达到额定电动机电压，而在断电期间或当电压不足时，继电器将充电的电容器连接到电动机驱动单元。在此过程中，存储在电容器中的能量经由电动机放电，这意味着电容器电压相应地降低。只要所施加的电压依据类型而没有下降到低于其额定电压的75％，电动机就是可以起作用。之后，存储在电容器中的能量不再被转换成动能。迄今为止，根据现有技术，最多可将50％的存储能量转换为所需的动能。为了可靠地进行紧急解锁，需要通常在20mF至50mF的范围内的大容量的电容器，这具有负面影响。
另外的缺点是，继电器的与电容器连接的触点在接通时由于非常高的短路电流而受到磨损，因此仅具有有限的使用寿命。
现有技术中已知的紧急解锁的解决方案的另外的缺点在于，电动机驱动单元经由两个分离的硬件电动机控制器驱动，其中的一个在正常操作期间被激活，而另一个负责紧急解锁。
在已知的紧急解锁期间，在出现故障时，例如在传递错误的充电状态时，切断充电电流的接触器没有自动地关断。例如在基于Linux的系统中，充电站参数的安全监视通常仅经由硬件实施方式以非常复杂的方式执行。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种用于在紧急情况下解锁充电插头的方法和电路布置，方法和电路布置都影响低磨损和在紧急情况下的可靠解锁，并且从技术和经济的观点来看是同时有效的。
关于方法，此目的通过以下特征来实现。根据本发明，一种用于在紧急情况下解锁充电插头的方法，所述方法设计用于对电动车辆的电能存储器充电的充电站，所述充电站包括由电动机驱动单元激活的锁定机构，所述方法包括以下步骤：
-在正常操作和紧急操作期间，通过升压转换器为所述电动机驱动单元提供电力供应，
-通过紧急解锁控制器评估作为输入信号的物理量，以识别用于启动紧急操作的条件，
-在所述紧急解锁控制器与上位锁定控制器之间传递数据，
-通过所述紧急解锁控制器控制和监视所述升压转换器，
-在正常操作和紧急操作期间，通过所述紧急解锁控制器控制和监视所述电动机驱动单元，所述锁定机构在紧急操作期间经由所述电动机驱动单元被解锁。
本发明的基本思想基于如下有利思想，即，作为自给功能块来提供紧急解锁控制器，其与升压转换器相结合，用于向电动机驱动单元供应电力，升压转换器的输入电压被升压到电动机的额定电压。
紧急解锁控制器包括微控制器，微控制器特别地用于控制和监视电动机驱动单元、用于控制和监视升压转换器以及用于与通常设置在充电站中的上位锁定控制器通信。
升压转换器使得在连接至升压转换器上游的存储电容器中存储的几乎全部电能被供应至电动机驱动单元，由此使电动机能够在其所需的额定电压下操作。通过使用升压转换器，可以显著地减少要存储的所需能量，从而显著地减少电容器的尺寸和成本。
另外，通过利用电子升压转换器提供能量，不再需要易于发生故障的机电组件，诸如可能被卡住的继电器触点。由于升压转换器在正常操作和紧急操作期间向电动机驱动单元供应电力，所以可以针对正常操作和紧急操作精确地设置用于电动机驱动单元的起动电流的电流限值。
根据本发明，数据经由第一通信接口在紧急解锁控制器和上位锁定控制器之间传递。在正常操作期间，上位锁定控制器向紧急解锁控制器发送锁定或解锁命令，紧急解锁控制器将解锁状态传递给上位锁定控制器。
根据本发明，经由用于在紧急解锁控制器和升压转换器之间传递数据的第二通信接口来控制和监视升压转换器。
根据本发明，紧急解锁控制器负责控制和监视电动机驱动单元，包括经由第三通信接口接收来自电动机驱动单元的反馈信号，使得可以测试断电情况，可以执行安全监视并且可以发生安全关断。
为了识别用于启动紧急操作的条件，紧急解锁控制器评估作为输入信号的电压信号或功率信号形式的物理量。
如果紧急解锁控制器识别到用于启动紧急操作的条件，则紧急解锁控制器经由电动机驱动单元开始对锁定机构进行解锁。
在紧急解锁控制器中，不仅识别用于启动紧急操作的条件、以及因此将所需的控制器信号引导到电动机驱动单元和升压转换器，而且紧急解锁控制器还在正常操作期间接管对电动机驱动单元的控制和监视。由此，不再需要第二硬件组件组用于控制电动机驱动单元，这又减少了构建空间和成本。
根据另一有利的实施例，通过利用耦接电路检测用于充电站的电源系统的线电压、并且通过利用紧急解锁控制测试线电压，来评估输入信号，如果作为用于启动紧急操作的条件，所检测到的线电压偏离在上位锁定控制器或紧急解锁控制器中预先指定的值，则通过将电动车辆与充电站隔离来解锁锁定机构以及生成用于接触器的关断信号。
例如，可通过监视充电站/充电墙箱的DC供应电压或AC供应电压来检测线电压，和/或经由作为耦接电路的光耦接器来检测线电压的断电。在紧急解锁控制中，通过与额定线电压值的偏差，例如通过低于预先规定的额定线电压阈值，来识别线电压的断电，所述额定线电压值由上位锁定控制器(经由第一通信接口)间接规定，或者通过由紧急解锁控制器直接规定。
另外，在识别出线电压的中断时，经由紧急断开信号输出生成用于接触器的断开信号，用于将电动车辆与充电站隔离。
另外，通过第四通信接口在紧急解锁控制器与充电站的电源模块之间传递数据。
此第四通信接口允许紧急解锁控制器控制和监视电源模块，并且从而控制充电站的充电控制器的电力管理。
在根据另一有利实施例的紧急解锁控制器中，经由紧急解锁控制器的温度信号输入来监视温度，并且如果确定违反温度阈值，则经由紧急关断信号输出来生成用于接触器的关断信号。
因此，紧急解锁控制器包括温度信号输入，由紧急解锁控制器直接规定的、或者存储在上位锁定控制器中并且经由第一通信接口传递到紧急解锁控制器的温度阈值。
因此，紧急解锁控制器可以在紧急情况下解锁时通过控制接触器来确保充电插头的安全电隔离，而不需要来自上位锁定控制器的帮助。
另外，如果充电站参数用信号通知充电站的故障状态，则作为紧急解锁控制器的额外功能来执行以下两者：经由紧急解锁控制器的监视信号输入监视充电站参数，以及生成用于接触器的关断信号。
在故障监视的范围内，当出现充电故障时，诸如经由充电电缆的错误的充电电流，则可以通过用于接触器的关断信号或控制指示器(CP)来开关接触器，并且当出现故障时(错误的充电状态或错误的脉宽调制信号(PWM))，经由用于接触器的关断信号来开关接触器。
还可以想到的是，监视通过测量充电电流而生成的数据(测量数据)，并且当故障出现时(过高的电流值、故障电压、错误的旋转场、错误的L导体)，经由用于接触器的关断信号来开关接触器。在监视测量数据时，激活紧急操作，即解锁锁定机构，是可选的，并且通过上位锁定控制器或紧急解锁控制器来参数化。
因此，在识别到线电压的改变，特别是识别到线电压中断、违反温度阈值或经由监视信号输入被识别和评估为故障的故障之后，当已经满足用于紧急操作的关断条件中的一个时，用于接触器的关断信号总是由紧急解锁控制器触发。
有利地，在紧急操作期间使用存储在电源模块的存储电容器中的电能。
在紧急操作期间，充电站的整个系统的(剩余)能量、特别是存储在供电模块的存储电容器中的电能被用于执行紧急操作。
在另一有利的实施例中，通过由能量存储器供应的自给电源，为紧急解锁控制器提供自给供应电压。例如，自给电源可以被实现为固定电压控制器，为紧急解锁控制器提供(自给)供应电压。
通过执行所述方法步骤，本发明的目的还通过如为充电站设计的用于在紧急情况下解锁充电插头的电路布置来实现。
实际上，上述技术效果和由此产生的优点也适用于电路布置的设备特征。
根据本发明的电路布置包括具有微控制器和升压转换器的紧急解锁控制器。
微控制器被配置为使得其执行在紧急解锁控制器中进行的方法步骤，特别是评估作为用于识别紧急操作的输入信号的物理量、在紧急解锁控制器和上位锁定控制器之间传递数据、控制和监视升压转换器以及控制和监视电动机驱动单元的步骤。
有利地，微控制器还被配置为在紧急解锁控制器和充电站的电源模块之间传递数据，包括控制和监视电源模块，以及监视温度、监视充电站参数和生成用于接触器的关断信号。
附图说明
从以下描述和附图中得出进一步有利的实施例特征，以及附图使用示例描述了本发明的优选实施例。附图中:
图1示出根据本发明的用于紧急解锁的电路布置的功能框图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的用于紧急解锁的电路布置1与用于对电动车辆的电能存储器充电的充电站的其他功能块的功能交互。
电路布置1包括紧急解锁控制器2，紧急解锁控制器2包括微控制器4。紧急解锁控制器2还包括第一通信接口6，用于通过上位锁定控制器8传递数据。除了在正常操作期间从上位锁定控制器8接收的锁定或解锁命令之外，紧急解锁控制器2还可以接收以下可选指令：具有电动机参数(控制器时间、电流限制)的规范或不同的电动机、用于解锁控制器的更新、激活/停用的紧急解锁、温度阈值和针对不同的温度情况的接收。
除了传递锁定状态(锁定的/解锁的)之外，在正常操作期间，还可以可选地将诊断值，诸如电动机的电压、供应电压或中间电压、温度或开关操作，作为数据经由第一通信接口6传递到上位锁定控制器8。
另外，电路布置1还包括升压转换器12，升压转换器12在正常操作和紧急操作期间向电动机驱动单元18供电。
为了与升压转换器12通信，紧急解锁控制器2包括第二通信接口10。经由此第二通信接口10，由设置在紧急解锁控制器2中的微控制器4控制和监视升压转换器12，其中升压转换器12被接通和关断，并且其输入和输出电压以及输出电流被确定。
在正常和紧急操作期间，紧急解锁控制器2的第三通信接口16控制和监视电动机驱动单元18。为此，设置在紧急解锁控制器2中的微控制器4控制电动机驱动单元18的电动机驱动器20，电动机驱动单元18的电动机22根据微控制器4的命令激活锁定机构24。
紧急解锁控制器2还包括第四通信接口40，用于在紧急解锁控制器2和充电站的电源模块42之间传递数据。经由第四通信接口40，可以识别电压中断以及由此的紧急操作，并且如果必要，可以经由电源模块42适当地关断充电控制设备的系统，以节省整个系统中的能量。另外，例如来自电源模块42的当前剩余能量随后可用于能量存储器50(参见下文)。因此，紧急解锁控制器2也可以用于整个充电控制的电源管理。
能量存储器50向升压转换器12、以及向紧急解锁控制器2的自给电源供应52提供能量，能量存储器50在此实例中示为分离的能量存储器50，其也可以是电源模块42的组件。
通过经由耦接电路60测试向充电站供电的供电系统的线电压，来评估作为输入信号的物理量。为此，微控制器4可以测试充电站/充电墙盒(wall box)的DC供应电压或AC供应电压，例如，以识别用于启动紧急操作的条件。
紧急解锁控制器2的另外的特征是用于从温度传感器72接收温度信号的温度信号输入70。
类似地，可以经由监视信号输入90接收来自用于监视充电站参数的监视设备92的信号，诸如充电状态参数或耗电元件测量数据。
经由紧急断开信号输出端80，在紧急情况下关断(开关)接触器82，例如在线电压断电期间，温度阈值已被违反，或者当经由监视信号输入90接收的数据，例如充电状态参数或耗电测量的故障数据，出现故障时。

Claims (13)

1.一种用于在紧急情况下解锁充电插头的方法，所述方法设计用于对电动车辆的电能存储器充电的充电站，所述充电站包括由电动机驱动单元(18)激活的锁定机构(24)，所述方法包括以下步骤：
-在正常操作和紧急操作期间，通过升压转换器(12)为所述电动机驱动单元(18)提供电力供应，
-通过紧急解锁控制器(2)评估作为输入信号(62)的物理量，以识别用于启动紧急操作的条件，
-在所述紧急解锁控制器(2)与上位锁定控制器(8)之间传递数据，
-通过所述紧急解锁控制器(2)控制和监视所述升压转换器(12)，
-在正常操作和紧急操作期间，通过所述紧急解锁控制器(2)控制和监视所述电动机驱动单元(18)，所述锁定机构(24)在紧急操作期间经由所述电动机驱动单元(18)被解锁。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
通过经由耦接电路(60)检测向所述充电站供应电力的电源系统的线电压，并通过利用所述紧急解锁控制器(2)测试所述线电压，来评估输入信号，
当所检测到的线电压偏离在所述上位锁定控制器(8)或所述紧急解锁控制器(2)中被预先规定作为用于启动所述紧急操作的条件的值时，解锁所述锁定机构(24)，并且生成用于接触器的关断信号，以将所述电动车辆与所述充电站隔离。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于
在所述紧急解锁控制器(2)与所述充电站的电源模块(42)之间传递数据。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述紧急解锁控制器(2)控制和监视所述电源模块(42)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于
经由温度信号输入(70)监视温度，以及
当已经确定违反温度阈值时，生成用于接触器的关断信号。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于
经由监视信号输入(90)监视充电站参数，以及
当所述充电站参数用信号通知所述充电站的故障状态时，产生用于接触器的关断信号。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于
在紧急操作期间，使用存储在所述电源模块(42)的存储电容器中的电能。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于
通过由能量存储器(50)供应能量的自给电源供应(52)，为所述紧急解锁控制器(2)提供自给供应电压。
9.一种用于在紧急情况下解锁充电插头的电路布置(1)，所述装置设计用于对电动车辆的电能存储器充电的充电站，所述充电站包括经由电动机驱动单元(18)激活的锁定机构(24)，所述电路布置(1)包括
紧急解锁控制器(2)，所述紧急解锁控制器具有被配置用于执行在所述紧急解锁控制器(2)中发生的如权利要求1至8中任一项所述的方法步骤的微控制器(4)，
升压转换器(12)，
第一通信接口(6)，所述第一通信接口用于在所述紧急解锁控制器(2)和上位锁定控制器(8)之间传递数据，
第二通信接口(20)，所述第二通信接口用于在紧急解锁控制器(2)和所述升压转换器(12)之间传递数据，以及
第三通信接口(16)，所述第三通信接口用于在所述紧急解锁控制器(2)和所述电动机驱动单元(18)之间传递数据。
10.如权利要求9所述的电路布置，其特征在于
耦接电路(60)，用于检测向所述充电站供应电力的电源系统的线电压。
11.如权利要求9或10所述的电路布置，其特征在于
所述紧急解锁控制器(2)还包括
第四通信接口(40)，所述第四通信接口用于在所述紧急解锁控制器(2)与所述充电站的电源模块(42)之间传递数据。
12.如权利要求9至11中任一项所述的电路布置，其特征在于
所述紧急解锁控制器包括
温度信号输入(70)，所述温度信号输入用于温度监视；
紧急关断信号输出(80)，所述紧急关断信号输出用于在紧急解锁期间电路接触器(82)的紧急断开，以及
监视信号输入(90)，所述监视信号输入用于监视充电站参数。
13.如权利要求9至12中任一项所述的电路布置，其特征在于
自给电源供应(52)，所述自给电源供应由能量存储器(50)供应电力，用于为所述紧急解锁控制器(2)提供自给供应电压。
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