CN212685263U - 用于给电动车辆充电的充电插头和充电站 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于给电动车辆充电的充电插头，该充电插头具有：具有保护导体的保护触点、具有用于在充电站与电动车辆之间交换控制信号的先导导体的先导触点、以及至少两个各自具有充电导体的充电触点，其特征在于，该充电插头具有用于检测故障电弧的检测元件和用于使该先导导体短路或中断的开关元件。本实用新型还涉及一种具有根据本实用新型的充电插头的充电站以及一种用于用根据本实用新型的充电插头给电动车辆充电的方法。

Description

用于给电动车辆充电的充电插头和充电站
技术领域
本实用新型涉及一种用于给电动车辆充电的充电插头，该充电插头具有：具有保护导体的保护触点、具有用于在充电站与电动车辆之间交换控制信号的先导导体的先导触点、以及至少两个各自具有充电导体的充电触点。
背景技术
尤其在户外建造的充电站中，由于水和/或脏污的侵入可能导致充电插头中高程度的脏污。如果充电插头例如保持放置在地面上，则脏污和水可能侵入。脏污在充电过程期间可能在充电插头内部触发局部放电，例如以故障电弧形式的局部放电。故障电弧使充电站和车辆侧的电池短路。在根据现有技术的具有充电站和充电插头的充电系统中，尤其车辆侧的电池的短路导致从车辆到短路的位置(即到充电插头中) 的高电流。车辆侧的电池保护装置被触发。仅由于触发车辆侧的电池保护装置而引起的电压降可以被充电站的功率电子器件识别。短路本身对于充电站而言是无法被检测到的，这是因为充电站在充电过程期间作为电源起作用。虽然电池保护装置中断车辆侧的电池与充电插头或充电站之间的电路，然而在此并未触发对充电站的紧急切断。
在这方面，根据现有技术的充电站和充电插头是不利的，原因在于对在充电插头自身出现的故障电弧的检测和防护取决于车辆侧的电池保护装置及其可靠的功能。根据现有技术，也无法实现对充电站的紧急切断，由此导致即使在局部放电的情况下也无法中断充电站一侧的充电过程。这形成了对于充电站安全性的风险。
实用新型内容
在此背景下，本实用新型的目的在于提供一种充电插头、一种充电站和一种方法，以便以提高的安全性给电动车辆充电。
本实用新型的目的通过本实用新型的第一至第三方面来实现，各个方面中存在多个优选的实施方案。
根据本实用新型的第一方面，提供了一种用于给电动车辆充电的充电插头，该充电插头具有：具有保护导体的保护触点、具有用于在充电站与电动车辆之间交换控制信号的先导导体的先导触点、以及至少两个各自具有充电导体的充电触点，该充电插头具有用于检测故障电弧的检测元件和用于使该先导导体短路或中断的开关元件。
根据本实用新型的充电插头的一个优选实施方案，该开关元件被布置在先导导体与保护导体之间。
根据本实用新型的充电插头的一个优选实施方案，该开关元件被布置在该先导导体中并且能够中断该先导导体。
根据本实用新型的充电插头的一个优选实施方案，该检测元件具有光学传感器，尤其光电晶体管和/或光电二极管。
根据本实用新型的充电插头的一个优选实施方案，该检测元件具有光电耦合器。
根据本实用新型的充电插头的一个优选实施方案，该检测元件具有检测区域，并且该至少两个充电导体被布置成延伸穿过该检测区域。
根据本实用新型的充电插头的一个优选实施方案，该充电插头具有接近触点和用于检测车辆侧的充电插座的接近导体。
根据本实用新型的充电插头的一个优选实施方案，该充电插头是 CCS插头。
根据本实用新型的充电插头的一个优选实施方案，该充电插头具有恰好五个带有所属的导体的触点，其中这些恰好五个触点包括：具有保护导体的保护触点、具有先导导体的先导触点、具有用于检测该车辆侧的充电插座的接近导体的接近触点、以及恰好两个具有用于引导直流电的充电导体的充电触点。
根据本实用新型的第二方面，提供了一种具有根据第一方面中的任一充电插头的用于电动车辆的充电站，该充电站具有用于紧急切断的设备，该设备与该先导导体相连。
根据本实用新型的充电站的一个优选实施方案，该充电站包括与这些充电导体相连的直流电流源或直流电压源。
根据本实用新型的第三方面，提供了一种用于用充电插头给电动车辆充电的方法，该充电插头具有：具有保护导体的保护触点、具有用于在充电站与电动车辆之间交换控制信号的先导导体的先导触点、以及至少两个各自具有充电导体的充电触点，其中该充电插头具有用于检测故障电弧的检测元件和用于使该先导导体短路或中断的开关元件，其中在检测步骤中，利用该充电插头中的检测元件来检测该充电插头的该至少两个充电导体之间的故障电弧，并且在该检测步骤之后的开关步骤中，使该充电插头中的该先导导体短路或中断。
根据本实用新型的方法的一个优选实施方案，在通过由短路或中断触发的紧急切断引起的切断步骤中，中断通过该至少两个充电导体的电流流动。
这个目的通过一种用于给电动车辆充电的充电插头实现，该充电插头具有：具有保护导体的保护触点、具有用于在充电站与电动车辆之间交换控制信号的先导导体的先导触点、以及至少两个各自具有充电导体的充电触点，其中该充电插头具有用于检测故障电弧的检测元件和用于使该先导导体短路或中断的开关元件。通过在充电插头中布置检测元件和开关元件，可以迅速并且直接地识别充电插头自身的故障电弧。先导导体的短路或中断可以被与充电插头相连的充电站识别，更确切地说是取决于车辆侧的电池保护装置及其触发来识别。干扰识别和防护由充电站和与其相连的充电插头自给自足地进行。
先导触点和先导导体是开关先导控制器(control pilot，CP，先导控制器)的一部分。开关先导控制器用于在充电站与电动车辆之间交换控制信号，例如该开关先导控制器可以实现对充电容量的识别。保护触点通常也被称为“PE”(protective earth，保护接地)。充电导体尤其在充电过程期间是通电的导体。
优选地，检测元件具有触发机构。触发机构在检测到故障电弧时触发开关元件的开关机构。
在一个优选的实施方式中，该开关元件被布置在先导导体与保护导体之间。尤其，开关元件具有开关机构，该开关机构在被检测元件的触发机构触发时将先导导体与保护导体导电地连接。
在一个替代性的实施方式中，该开关元件被布置在该先导导体中并且可以中断该先导导体。尤其，开关元件具有开关机构，该开关机构在被检测元件的触发机构触发时中断先导导体。尤其，在中断时电流不能流动通过先导导体。
在一个优选的实施方式中，该检测元件具有光学传感器，尤其光电晶体管和/或光电二极管。光学传感器适合于检测在充电插头中出现的故障电弧。特别优选地，该检测元件具有光电耦合器。
在一个优选的实施方式中，该检测元件具有检测区域，并且该至少两个充电导体被布置成延伸穿过该检测区域。因此，在检测区域中出现的故障电弧可以被检测元件检测。
在一个优选的实施方式中，该充电插头具有接近触点和用于检测车辆侧的充电插座的接近导体。接近触点和接近导体是接近开关系统 (proximity pilot，PP，接近先导控制器)的一部分。接近开关系统确保，来自充电站的电流流动仅在充电插座正确地连接到车辆侧的充电插座时实现。
优选地，该充电插头是组合充电系统的充电插头(简写为CCS插头)。优选地，充电插头对应于标准IEC 62196类型2。在一个优选的实施方式中，该充电插头具有恰好五个具有所属导体的触点，其中这些恰好五个触点包括：具有保护导体的保护触点、具有先导导体的先导触点、具有用于检测该车辆侧的充电插座的接近导体的接近触点、以及恰好两个具有用于直流充电的充电导体的充电触点。优选地，一个充电触点形成正极并且一个充电触点形成负极。充电插头优选地可以以大于500V，特别优选地以800V的直流电压充电。
本实用新型的另一个主题是具有上述充电插头的用于电动车辆的充电站，其中该充电站具有用于紧急切断的设备，该设备与该先导导体相连。尤其，紧急切断是充电站的功率电子器件的一部分。
在一个优选的实施方式中，该充电站包括与这些充电导体相连的直流电流源或直流电压源。直流电流源或直流电压源优选地适合于高功率直流电压充电，即直流电流源或直流电压源适合于以大于50kW，优选地大于100kW，特别优选地大于200kW，例如以350kW的功率充电。
本实用新型的另一个主题是一种用于用充电插头给电动车辆充电的方法，该充电插头具有：具有保护导体的保护触点、具有用于在充电站与电动车辆之间交换控制信号的先导导体的先导触点、以及至少两个各自具有充电导体的充电触点，其中该充电插头具有用于检测故障电弧的检测元件和用于使先导导体短路或中断的开关元件，其中在检测步骤中，利用该充电插头中的检测元件来检测该充电插头的该至少两个充电导体之间的故障电弧，并且在该检测步骤之后的开关步骤中，使该充电插头中的先导导体短路或中断。
由此，在充电插头中出现的故障电弧的识别和防护可以直接在充电插头自身中实现。先导导体的短路或中断可以被与充电插头相连的充电站识别。优选地，在通过由短路或中断触发的紧急切断引起的切断步骤中，中断通过该至少两个充电导体的电流流动。紧急切断尤其取决于可能的车辆侧的电池保护装置及其触发来实现。对充电站的成功的检测和防护不取决于车辆侧的电池保护装置的可靠的功能。
本实用新型的其他细节、特征和优点将从附图以及下文根据附图对优选实施方式的说明中得出。这些附图在此仅展示本实用新型的示例性实施方式，而不限制实用新型构思。
附图说明
图1示意性地展示根据本实用新型的第一示例性实施方式的用于给电动车辆充电的充电插头。
图2示意性地展示根据本实用新型的第二示例性实施方式的用于给电动车辆充电的充电插头。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本实用新型的第一示例性实施方式的用于给电动车辆充电的充电插头1。充电插头1是由充电站与电动车辆的充电插座组成的充电系统的一部分。充电插头1以具有线缆套管10的线缆与充电站相连。在给电动车辆充电时，将充电插头1与电动车辆的充电插座相连。为此，充电插头1和充电插座具有对应的触点。优选地，充电插头1是组合充电系统(Combined Charging Systems，CCS) 的一部分，即CCS插头。特别优选地，充电插头1满足标准IEC 62196 类型1和类型2。
根据本实用新型的充电插头1具有带有保护触点2的保护导体3。保护导体3是接地的。保护导体3和保护触点2通常也被称为“PE” (protective earth，保护接地)。它们与接地电势连接。充电插头1还具有带有先导导体5的先导触点4。先导触点4和先导导体5是开关先导控制器的一部分，也被称为CP(control pilot，先导控制器)。开关先导控制器可以实现充电站与车辆侧的电池之间的通信。例如，借助于开关先导控制器将关于电池的电量的信息传输到充电站。充电插头1 还具有至少两个带有充电触点8的充电导体9。通过这些充电导体，电流在充电过程期间流入车辆侧的电池中。
尤其在户外建造的充电站中，由于脏污和/或水的侵入(例如还在将充电插头1无意地放在地面上时)可能导致充电插头1中高程度的脏污。在充电过程期间，这些方面可能在充电插头1中引起局部放电，尤其是故障电弧13。由此使充电站和车辆侧的电池短路。这导致从电池到局部放电的位置的非常高的电流，即充电插头1中的故障电弧13。在根据现有技术的具有充电站和充电插头的充电系统中，对应的电池放电仅通过车辆侧的电池保护装置来识别。这个电池保护装置中断车辆侧的电池与故障电弧13或充电插头之间的电路。由此引起的电压降可以被充电站的功率电子器件，尤其被充电控制器识别。充电站的功率电子器件在以前不能识别故障，这是因为该充电站在充电过程期间作为电源起作用。充电站的紧急切断不能由车辆触发。
相反地，根据本实用新型的充电插头1本身就可以实现识别充电插头1中的故障电弧13并且在触发车辆侧的电池保护装置之前实现。为此，充电插头1具有用于检测故障电弧13的检测元件11。检测元件 11具有检测区域。至少两个充电导体9被布置成延伸穿过检测区域。检测元件11包括至少一个光学传感器，例如光电晶体管和/或光电二极管和/或光电耦合器。
根据本实用新型，充电插头1还具有开关元件12。开关元件12与检测元件11相连。一旦检测元件11检测到故障电弧13，那么开关元件12的开关机构就被检测元件11的触发机构触发。在展示的实施方式中，开关元件12被布置在保护导体3与先导导体5之间。如果故障电弧13被检测元件11检测到，则该检测元件触发开关元件12的开关机构。开关元件12使先导导体5与保护导体3短路。
优选地，充电站具有用于紧急切断的设备，该设备与先导导体5 相连。因此短路可以立刻被充电站，尤其被其开关先导控制器识别。优选地，充电站触发紧急切断。充电过程被中断和/或中止。由此防止由故障电弧13带来的对充电站的损坏。充电过程期间在充电站与车辆侧的电池之间存在的电路不仅仅被车辆侧的电池保护装置中断，而是结束来自充电站的电流流动。
在一个优选的实施方式中，充电以直流电进行。充电导体与充电站的直流电流源或直流电压源相连，该充电站可以实现大于50kW，优选大于100kW，特别优选大于200kW，例如350kW的充电功率。对应地，充电插头1具有恰好两个充电导体9，这些充电导体具有用于直流充电的充电触点8。充电优选地以大于或等于500V，特别优选地以800V的电压进行。
图2示意性地示出根据本实用新型的第二示例性实施方式的用于给电动车辆充电的充电插头1。在图2中展示的实施方式与图1的实施方式的不同之处在于开关元件12的布置方式。根据本实施方式，开关元件12被布置在先导导体5中。开关元件12可以中断先导导体5。如果由检测元件11检测到故障电弧13，则该检测元件触发开关元件12 的开关机构。先导导体5被中断。开关先导控制器的电路在此被开路。这可以被充电站的功率电子器件，尤其被开关先导控制器识别。优选地，充电站的紧急切断如在图1的实施方式中描述的方式触发。

Claims (11)

1.一种用于给电动车辆充电的充电插头，该充电插头具有：具有保护导体(3)的保护触点(2)、具有用于在充电站与电动车辆之间交换控制信号的先导导体(5)的先导触点(4)、以及至少两个各自具有充电导体(9)的充电触点(8)，
其特征在于，
该充电插头(1)具有用于检测故障电弧(13)的检测元件(11)和用于使该先导导体(5)短路或中断的开关元件(12)。
2.根据权利要求1所述的用于给电动车辆充电的充电插头，其特征在于，该开关元件(12)被布置在先导导体(5)与保护导体(3)之间。
3.根据权利要求1所述的用于给电动车辆充电的充电插头，其特征在于，该开关元件(12)被布置在该先导导体(5)中并且能够中断该先导导体。
4.根据前述权利要求之一所述的用于给电动车辆充电的充电插头，其特征在于，该检测元件(11)具有光学传感器，尤其光电晶体管和/或光电二极管。
5.根据权利要求4所述的用于给电动车辆充电的充电插头，其特征在于，该检测元件(11)具有光电耦合器。
6.根据前述权利要求1-3之一所述的用于给电动车辆充电的充电插头，其特征在于，该检测元件(11)具有检测区域，并且该至少两个充电导体(9)被布置成延伸穿过该检测区域。
7.根据前述权利要求1-3之一所述的用于给电动车辆充电的充电插头，其特征在于，该充电插头(1)具有接近触点(6)和用于检测车辆侧的充电插座的接近导体(7)。
8.根据前述权利要求1-3之一所述的用于给电动车辆充电的充电插头，其特征在于，该充电插头(1)是CCS插头。
9.根据前述权利要求1-3之一所述的用于给电动车辆充电的充电插头，其特征在于，该充电插头(1)具有恰好五个带有所属的导体的触点，其中这些恰好五个触点包括：具有保护导体(3)的保护触点(2)、具有先导导体(5)的先导触点(4)、具有用于检测该车辆侧的充电插座的接近导体(7)的接近触点(6)、以及恰好两个具有用于引导直流电的充电导体(9)的充电触点(8)。
10.一种具有根据前述权利要求之一所述的充电插头的用于电动车辆的充电站，其特征在于，该充电站具有用于紧急切断的设备，该设备与该先导导体(5)相连。
11.根据权利要求10所述的用于电动车辆的充电站，其特征在于，该充电站包括与这些充电导体(9)相连的直流电流源或直流电压源。
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