DE102010062369A1

DE102010062369A1 - Ladevorrichtung für Kraftfahrzeuge und Ladeverfahren

Info

Publication number: DE102010062369A1
Application number: DE102010062369A
Authority: DE
Inventors: Stephan Gase; Jochen Fassnacht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2012-06-06
Also published as: CN103313871A; WO2012072308A3; CN103313871B; WO2012072308A2; EP2646273A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Ladevorrichtung ohne Potentialtrennung für Kraftfahrzeuge: mit einer ersten schaltbaren Trennvorrichtung (1), welche dazu ausgebildet ist, mindestens die stromdurchflossenen Leiter (LL) eines Ladekabels (11), welches die Ladevorrichtung (15) mit einem Versorgungsnetz koppelt, zu öffnen und/oder zu schließen um eine Potentialtrennung zwischen Fahrzeugmasse und Neutralleiter des Ladekabels (11) herzustellen oder aufzuheben; mit einer zweiten schaltbaren Trennvorrichtung (2), welche dazu ausgebildet ist, mindestens eine Leitung (LB), welche eine Fahrzeughochvoltbatterie (7) mit der Ladevorrichtung (15) und/oder einem Fahrzeugbordnetz (6) verbindet zu öffnen und/oder zu schließen; und mit einer Überwachungsvorrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, einen Fehlerzustand (F) der Ladevorrichtung (15) oder des Kraftfahrzeugs (11) zu überwachen und der ersten und/oder der zweiten Trennvorrichtung (1, 2) in Abhängigkeit des Fehlerzustands (F) einen Stellsignal (Sig1, Sig2) zu übermitteln und ein Ladeverfahren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer Fahrzeughochvoltbatterie nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1, wie aus der DE 603 19 570 T2 bekannt und ein Ladeverfahren.
Technischer Hintergrund
In der Entwicklung moderner Kraftfahrzeuge spielt eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs des Kraftfahrzeugs eine immer wichtigere Rolle. Eine Maßnahme, um den Verbrauch eines Kraftfahrzeugs zu senken, ist es, den Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Antrieb in einem Hybridfahrzeug zu kombinieren. Der elektrische Antrieb in Hybridfahrzeugen besteht üblicherweise aus einem Elektroantrieb, welcher auch als Generator betrieben werden kann, einem Hochvoltenergiespeicher, aus welchem der Elektroantrieb versorgt wird und aus einer Steuerelektronik.
Man unterscheidet 3 wesentliche Arten von Hybridfahrzeugen. In einem sogenannten Mildhybrid unterstützt der Elektroantrieb den Verbrennungsmotor hauptsächlich zur Leistungssteigerung und die Bremsenergie kann teilweise wieder gewonnen werden. Als elektromotorische Leistungen werden etwa 6–14 kW angegeben.
Die sogenannten Vollhybridfahrzeuge sind mit einer elektromotorischen Leistung von mehr als 20 kW in der Lage, auch rein elektromotorisch zu fahren.
Bei den bisher genannten Hybrid-Varianten werden die Hochvoltenergiespeicher durch eine Energierückgewinnung, mit Hilfe des als Generator betriebenen Elektroantriebs geladen. Ein Aufladen der Hochvoltenergiespeicher über eine externe Energiequelle ist nicht vorgesehen.
Zur weiteren Senkung des Kraftstoffverbrauchs bieten die sogenannten Plug-In-Hybride die Möglichkeit den Hochvoltenergiespeicher über eine externe Energiequelle zu laden. Dabei kann die externe Energiequelle das öffentliche Stromversorgungsnetz, eine Solar- und/oder Windanlage oder dergleichen sein.
Eine Alternative zu Kraftfahrzeugen mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren stellen Elektrofahrzeuge dar. Im Gegensatz zu Hybridfahrzeugen verfügen Elektrofahrzeuge nicht über einen Verbrennungsmotor, welcher das Kraftfahrzeug antreiben kann. Daher ist bei diesen Kraftfahrzeugen eine Aufladung der Hochvoltenergiespeicher über eine externe Energiequelle notwendig. Der Hochvoltenergiespeicher ist heute üblicherweise als Fahrzeughochvoltbatterie ausgebildet.
Zum Aufladen der Fahrzeughochvoltbatterie eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs über zum Beispiel ein öffentliches Stromnetz ist eine Ladevorrichtung notwendig. Heute übliche Ladevorrichtungen weisen eine Ladeelektronik mit einer Potentialtrennung auf. Üblicherweise erfüllt in einer Ladevorrichtung für Kraftfahrzeuge ein Transformator neben der Aufgabe der Spannungsanpassung auch die Aufgabe der Potentialtrennung. Die Potentialtrennung in einer Ladevorrichtung erfüllt drei wichtige Sicherheitsfunktionen:

– Verhindern eines Stromschlags bei Berührung der Steckerkontakte bei ausgestecktem Ladestecker und aktivem Hochvoltstromkreis;
– Verhindern einer Sättigung eines RCD-Schutzschalters in der Elektroinstallation, aus welcher die elektrische Energie zur Aufladung der Fahrzeughochvoltbatterie stammt;
– Trennung des Neutralleiters und der Fahrzeugmasse, wodurch eine Isolationsüberwachung im Kraftfahrzeug während des Ladevorgangs möglich wird.

Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß Anspruch 1 eine Ladevorrichtung ohne Potentialtrennung für Kraftfahrzeuge: Mit einer ersten schaltbaren Trennvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, mindestens die stromdurchflossenen Leiter eines Ladekabels, welches die Ladevorrichtung mit einem Versorgungsnetz koppelt, zu öffnen und/oder zu schließen, um eine Potentialtrennung zwischen Fahrzeugmasse und Neutralleiter des Ladekabels herzustellen oder aufzuheben; mit einer zweiten schaltbaren Trennvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, mindestens eine Leitung, welche eine Fahrzeughochvoltbatterie mit der Ladevorrichtung und/oder einem Fahrzeugbordnetz verbindet zu öffnen und/oder zu schließen; und mit einer Überwachungsvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, einen Fehlerzustand der Ladevorrichtung oder des Kraftfahrzeugs zu überwachen und der ersten und/oder der zweiten Trennvorrichtung in Abhängigkeit des Fehlerzustands einen Stellsignal zu übermitteln.
Weiterhin schafft die Erfindung gemäß Anspruch 7 ein Ladeverfahren zum Laden ohne Potentialtrennung für Kraftfahrzeuge, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung, mit den Schritten: Überwachen der Ladevorrichtung und des Kraftfahrzeugs auf elektrische Fehler; Erzeugen einer Information über einen Fehlerzustand der Ladevorrichtung und des Kraftfahrzeugs; Übermitteln eines Stellsignals zum Öffnen an eine erste Trennvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, mindestens die stromdurchflossenen Leiter des Ladekabels, welches die Ladevorrichtung mit einem Versorgungsnetz koppelt, zu öffnen und/oder zu schließen, falls die Information über den Fehlerzustand einen Fehler in der Ladevorrichtung und/oder dem Kraftfahrzeug anzeigt; und/oder Übermitteln eines Stellsignals zum Öffnen an eine zweiten Trennvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, mindestens eine Leitung, welche eine Fahrzeughochvoltbatterie mit der Ladevorrichtung und/oder einem Fahrzeugbordnetz verbindet zu öffnen und/oder zu schließen, falls die Information über den Fehlerzustand einen Fehler in der Ladevorrichtung und/oder dem Kraftfahrzeug anzeigt.
Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Sicherheitsfunktionen, welche ein Transformator in einer herkömmlichen Ladevorrichtung bietet, durch andere Komponenten in einem Ladesystem realisiert werden können.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee basiert nun darauf, auf eine Potentialtrennung in der Ladevorrichtung zu verzichten und die Sicherheitsfunktionen durch eine geeignete elektrische Schaltung zu realisieren.
Eine Kombination aus zwei Trennvorrichtungen und einer Überwachungsvorrichtung, wie sie in der vorliegenden Erfindung offenbart wird, ist dazu in der Lage die gleichen Sicherheitsfunktionen nachzubilden, welche von einem Transformator bekannt sind.
Die Gefahr eines Stromschlags an den Steckerkontakten bei ausgestecktem Ladestecker und aktivem Hochvoltstromkreis kann verhindert werden, indem die Überwachungsvorrichtung die erste Trennvorrichtung öffnet, sobald der Ladestecker aus der Steckdose entfernt wird. Aus Sicherheitsgründen öffnet die Überwachungsvorrichtung die erste Trennvorrichtung auch, wenn ein Ladevorgang beendet ist.
Mit der hier vorgestellten Ladevorrichtung kann auch eine Sättigung eines RCD-Schutzschalters in der Elektroinstallation, aus welcher die elektrische Energie zur Aufladung der Fahrzeughochvoltbatterie stammt, zuverlässig erkannt und beseitigt werden. Die Sättigung des RCD-Schutzschalters ist kein direktes Sicherheitsrisiko, führt aber dazu, dass ein RCD-Schutzschalter, welcher meist mehrere Steckdosen absichert, unwirksam wird. Ein RCD-Schutzschalter kann in die Sättigung geraten, falls ein Fehlergleichstrom zwischen einem der Leiter und der Fahrzeugmasse fließt. Um dies mit der vorliegenden Ladevorrichtung zu erkennen, überwacht die Überwachungsvorrichtung die Ladevorrichtung und das Kraftfahrzeug auf einen Fehlerstrom und/oder auf Isolationsfehler. Mit Hilfe der vorliegenden Ladevorrichtung ist dies auch währende eines Ladevorgangs möglich.
Wird durch die Überwachungsvorrichtung ein Fehler oder auch ein sich auf Grund von Luftfeuchtigkeit und/oder von Staub verringernder Isolationswiderstand festgestellt, werden die erste und die zweite Trennvorrichtung geöffnet und nicht wieder geschlossen, bis der Isolationswiderstand einen Wert annimmt, bei dem eine Gefahr für Personen ausgeschlossen ist. Sollte ein Isolationsfehler erkannt worden sein, kann dieser Fehler dem Fahrer auch über geeignete Anzeigevorrichtungen angezeigt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen.
In einer alternativen Ausgestaltungsform weist die erste Trennvorrichtung mindestens einen mindestens dreipoligen Wechselstromschütz zum Trennen der Ladevorrichtung von dem Versorgungsnetz auf, und die zweite Trennvorrichtung weist mindestens einen mindestens zweipoligen Gleichstromschütz zum Trennen der Fahrzeughochvoltbatterie von der Ladevorrichtung und/oder dem Fahrzeugbordnetz auf. Die Verwendung von Schützen ermöglicht es im Fehlerfall die Stromversorgung der Ladevorrichtung zuverlässig und schnell zu trennen und verhindert, dass bei geöffneten Schützen ein Reststrom fließen kann, wie dies zum Beispiel bei Halbleiterschaltern der Fall ist.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform ist die erste Trennvorrichtung dazu ausgebildet, mindestens die stromdurchflossenen Leiter eines Ladekabels bei Abziehen eines Ladesteckers des Ladekabels aus einer Steckdose automatisch zu öffnen. Durch das automatische Öffnen aller Leitungen, welche den Stecker des Ladekabels mit dem Fahrzeugbordnetz verbinden, kann sichergestellt werden, dass die Kontakte des Steckers potentialfrei sind. Ein Berühren der Kontakte ist so für Personen ungefährlich.
In noch einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform ist die erste Trennvorrichtung dazu ausgebildet, mindestens die stromdurchflossenen Leiter des Ladekabels bei Beenden eines Ladevorgangs automatisch zu öffnen. Werden die Leitungen, welche das Kraftfahrzeug mit einem Versorgungsnetz verbinden, nach Beendigung eines Ladevorgangs automatisch getrennt, wird verhindert, dass das Ladekabel im Fehlerfall eine elektrische Spannung aufweist, die eine Gefahr für Personen darstellen könnte.
In noch einer alternativen Ausgestaltungsform weist die Überwachungsvorrichtung eine Gleichstromfehlermessschaltung auf, welche dazu ausgebildet ist, einen Fehlergleichstrom zu messen, welcher zwischen mindestens zwei Leitern des Ladekabels (11) fließen kann, und ist die Überwachungsvorrichtung (3) dazu ausgebildet, bei Erkennen eines Fehlergleichstroms der ersten und/oder der zweiten Trennvorrichtung (1, 2) ein Stellsignal (Sig1, Sig2) zum Öffnen zu übermitteln. Mit Hilfe der Gleichstromfehlermessschaltung kann das Ladekabel und die Ladevorrichtung permanent auf Fehler überprüft werden. Tritt ein Fehlerstrom in dem Ladekabel oder der Ladevorrichtung auf, kann die Ladevorrichtung sofort von dem Versorgungsnetzwerk getrennt werden. Damit ist das Ladekabel spannungsfrei und gleichzeitig wird eine Sättigung des RCD-Schalters verhindert.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform ist die Überwachungsvorrichtung mit einer im Kraftfahrzeug vorhandenen Isolationsüberwachungsvorrichtung und der ersten Trennvorrichtung gekoppelt, wobei die Überwachungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, der ersten Trennvorrichtung in Intervallen von bis zu 15 Minuten, vorzugsweise in Intervallen von bis zu 5 Minuten, ein Stellsignal zum Öffnen zu übermitteln, und der ersten und/oder der zweiten Trennvorrichtung in Abhängigkeit eines Ergebnisses der Isolationsüberwachungsvorrichtung (5) ein Stellsignal zum Öffnen und/oder zum Schließen zu übermitteln. Wird eine Überwachung der Ladevorrichtung und des Kraftfahrzeugs zyklisch durchgeführt und dafür eine bereits im Kraftfahrzeug vorhandene Isolationsüberwachung eingesetzt, kann auf eine dedizierte Gleichstromfehlermessschaltung verzichtet werden. Dadurch wird es möglich, eine kostengünstigere Ladevorrichtung bereitzustellen.
In einer alternativen Ausgestaltungsform sind die beiden oben genannten Möglichkeiten zur Überwachung der Ladevorrichtung und des Kraftfahrzeugs kombiniert. In einer solchen Ausgestaltungsform ist die Überwachungsvorrichtung mit einer Gleichstromfehlermessschaltung zur permanenten Fehlerüberwachung verbunden und fragt zusätzlich weiterhin zyklisch eine Fahrzeug-interne Isolationsüberwachungsvorrichtung ab. Diese Variante bietet die größtmögliche Sicherheit, da so auch Fehler erkannt werden können, falls eine der zwei Vorrichtung, entweder die Gleichstromfehlermessschaltung oder die Isolationsüberwachungsvorrichtung, einen Defekt aufweist.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Insbesondere können in einer alternativen Ausgestaltungsform zusätzlich Sensoren in dem Kraftfahrzeug verbaut werden, die eventuell kritische Außenbedingungen erfassen können, auf die die Ladevorrichtung entsprechend reagieren kann. Zum Beispiel können eine hohe Luftfeuchtigkeit und/oder eine Temperatur nahe dem Taupunkt das Absinken des Isolationswiderstands bewirken. Um dies frühzeitig zu erkennen, können zum Beispiel Feuchtigkeitssensoren, welche die Luftfeuchtigkeit messen, oder Temperatursensoren, welche die Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs erfassen, vorgesehen und ausgewertet werden.
In noch einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform ist ein Ladekabel vorgesehen, welches die Ladevorrichtung mit einer Steckdose verbindet, und welches eine Trennvorrichtung in einem Stecker aufweist, welche dazu ausgebildet ist, die Leiter, den Neutralleiter, sowie die Masseleitung des Ladekabels zu öffnen, falls ein Fehlerstrom zwischen mindestens einem der Leiter und dem Neutralleiter und/oder der Masseleitung fließt. Wird in dem Stecker des Ladekabels ein eigener RCD-Schutzschalter eingesetzt, kann das Ladekabel selbst, auch wenn es nicht mit dem Kraftfahrzeug verbunden ist stromlos geschaltet werden. Dies ist zum Beispiel notwendig, wenn das Ladekabel an die Steckdose aber nicht an das Kraftfahrzeug angeschlossen ist und das Ladekabel, beispielsweise durch einen Rasenmäher, beschädigt wird. Eine Abschaltung des RCD-Schutzschalters kann in der Überwachungseinrichtung ausgewertet und automatisch auch eine Abschaltung der ersten Trennvorrichtung eingeleitet werden.
Die vorliegende Erfindung kann zum Laden einer Fahrzeughochvoltbatterie an einer herkömmlichen Wechselstrom-Steckdose, zum Laden einer Fahrzeughochvoltbatterie an einer Drehstrom-Steckdose und zum Laden einer Fahrzeughochvoltbatterie an anderen Spannungsquellen eingesetzt werden. Wird die Erfindung zum Laden einer Fahrzeughochvoltbatterie an einer Wechselstrom-Steckdose eingesetzt, besitzt die erste Trennvorrichtung in einer Ausgestaltungsform mindestens 2 Pole, einen für den spannungsführenden Leiter und einen für den Neutralleiter. Wird die Erfindung dagegen zum Laden einer Fahrzeughochvoltbatterie an einer Drehstrom-Steckdose eingesetzt, besitzt die erste Trennvorrichtung in einer weiteren Ausgestaltungsform mindestens 3 Pole, jeweils einen für die drei spannungsführenden Leiter L1, L2 und L3, sowie einen für den eventuell verbauten Neutralleiter.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung;
2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens zum Laden für Kraftfahrzeuge; und
3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer alternativen Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung für Kraftfahrzeuge.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 15 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung mit einer ersten Trennvorrichtung 1, welche in einem ersten Leiter LL angebracht ist, und mit einer zweiten Trennvorrichtung 2, welche in einem zweiten Leiter LB angebracht ist, dargestellt. Beide Trennvorrichtungen 1, 2 sind ferner mit einer Überwachungseinrichtung 3 verbunden, welche einen Fehlerzustand F erfasst, und den Trennvorrichtungen 1, 2 in Abhängigkeit von dem erfassten Fehlerzustand F jeweils ein Stellsignal Sig1, Sig2 zum Öffnen oder Schließen des jeweiligen Leiters LL, LB sendet. Die erste Trennvorrichtung 1 ist in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltungsform dazu ausgebildet, mindestens die stromdurchflossenen Leiter LL des Ladekabels 11 zu öffnen, welches die Ladevorrichtung 15 mit einer herkömmlichen Wechselstrom-Energiequelle 10, welche elektrische Energie zum Aufladen der Fahrzeughochvoltbatterie 7 bereitstellt, verbindet. Die zweite Trennvorrichtung 2 hingegen ist dazu ausgebildet, mindestens einen stromführenden Leiter, welcher die Fahrzeughochvoltbatterie 7 mit der Ladevorrichtung 15 oder dem Fahrzeugbordnetz 6 verbindet, zu öffnen. In einer alternativen Ausgestaltungsform ist die Ladevorrichtung 15 anstatt mit einer Wechselstrom-Energiequelle 10 mit einer Drehstrom-Energiequelle verbunden.
Die Überwachungsvorrichtung 3 überwacht das Kraftfahrzeug 1 und dabei insbesondere die Ladevorrichtung 15 auf elektrische Fehler, indem mindestens ein Spannungsabfall zwischen einem stromführenden Bauteil und/oder Schaltungselement und einem Massepunkt in einer Schaltung und/oder dem Fahrzeug gemessen wird. In alternativen Ausgestaltungsformen kann die Überwachungsvorrichtung 3 das Kraftfahrzeug 1 und/oder die Ladevorrichtung 15 auf elektrische Fehler überwachen, indem ein Spannungsabfall über einen Messwiderstand oder ein Strom durch einen Shuntwiderstand oder Stromwandler gemessen wird. Erkennt die Überwachungsvorrichtung 3 einen elektrischen Fehler im Kraftfahrzeug 1, welcher die Sicherheit der Ladevorrichtung 15 oder des Kraftfahrzeugs 1 beeinträchtigt, sendet die Überwachungsvorrichtung 3 ein Stellsignal Sig1, Sig2 zum Öffnen an die erste und/oder die zweite Trennvorrichtung 1, 2 um einen Stromfluss zu unterbrechen. Sind die erste und zweite Trennvorrichtung als Schütze ausgebildet, kann alternativ die Haltespannung, welche ein Schließen der Schütze bewirkt, abgeschaltet werden.
2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladeverfahrens zum Laden für Kraftfahrzeuge.
In einem ersten Schritt S1 werden die Ladevorrichtung 15 und/oder das Kraftfahrzeug 1 auf elektrische Fehler überwacht. Insbesondere werden die Ladevorrichtung 15 und das Kraftfahrzeug 1 auf Isolationsfehler, Erdfehlerströme oder sinkende Isolationswiderstände überwacht, die einen Stromfluss zwischen mindestens zwei der Leiter des Ladekabels zur Folge haben könnten.
In einem zweiten Schritt S2 wird basierend auf der Überwachung der Ladevorrichtung 15 und/oder des Kraftfahrzeugs 1 eine Information über den Fehlerzustand F der Ladevorrichtung 15 und/oder des Kraftfahrzeug 1 erzeugt.
In einem dritten Schritt S3 wird der ersten Trennvorrichtung 1 bzw. der Trennvorrichtung 9 im Stecker ein Stellsignal zum Öffnen übermittelt, falls die Information über den Fehlerzustand F einen elektrischen Fehler anzeigt. Damit wird das Kraftfahrzeug von dem Versorgungsnetz getrennt, an welches es angeschlossen wurde, um die Fahrzeughochvoltbatterie zu laden. Durch das Trennen des Kraftfahrzeugs von dem Versorgungsnetz wird auch eine auf Grund des Fehlers eventuell vorhandene Sättigung eines RCD-Schutzschalters in dem Versorgungsnetz beseitigt.
In einem vierten Schritt S4 wird der zweiten Trennvorrichtung 2 ein Stellsignal zum Öffnen übermittelt, falls die Information über den Fehlerzustand F einen elektrischen Fehler anzeigt. Dieser Schritt dient dem Schutz der Personen, die sich dem Kraftfahrzeug nähern. Durch das Trennen der Fahrzeughochvoltbatterie von dem Fahrzeugbordnetz wird im Fehlerfall verhindert, dass Karosserieteile und/oder andere Fahrzeugteile unter Spannung stehen können.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer alternativen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung 15.
In 3 ist ein Kraftfahrzeug 12 mit einer alternativen Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung 15, bestehend aus einer ersten Trennvorrichtung 1 und einer zweiten Trennvorrichtung 2, welche beide mit einer Überwachungseinrichtung 3 und dem Fahrzeugbordnetz 6 verbunden sind, dargestellt. Die erste Trennvorrichtung 1 ist ferner über ein Ladekabel 11 und einen Stecker 8 mit Trennvorrichtung 9 mit einer Wechselspannungsquelle 10 verbunden. Die zweite Trennvorrichtung 2 ist mit der Fahrzeughochvoltbatterie 7 gekoppelt. Die Ladevorrichtung weist ferner noch eine Gleichstromfehlermessschaltung 4 auf, welche an die Überwachungsvorrichtung 3 angeschlossen ist. Die Überwachungsvorrichtung 3 kann eine Fehlerinformation von der im Kraftfahrzeug vorhandene Isolationsüberwachungsvorrichtung 5 abfragen und ist zur Ansteuerung des in dem Stecker 8 des Ladekabels 11 vorhandenen RCD-Schutzschalters 9 mit diesem verbunden.
In dieser Ausgestaltungsform überwacht die Überwachungsvorrichtung 3 die Ladevorrichtung mit Hilfe der Gleichstromfehlermessschaltung 4 und mit Hilfe der Isolationsüberwachungsvorrichtung 5. Dabei ist die Überwachung durch die Gleichstromfehlermessschaltung 4 dauerhaft aktiv und die Gleichstromfehlermessschaltung 4 kann beliebig oft durch die Überwachungsvorrichtung 3 abgefragt werden. Um die Ladevorrichtung mit Hilfe der Isolationsüberwachungsvorrichtung 5 überwachen zu können, muss die Überwachungseinrichtung 3 die erste Trennvorrichtung 1 öffnen und danach eine Fehlerinformation von der Isolationsüberwachungsvorrichtung 5 abfragen. Wird die erste Trennvorrichtung 1 nicht geöffnet, kann die Isolationsüberwachungsvorrichtung 5 nicht ordnungsgemäß arbeiten, da der Neutralleiter und die Masseleitung dann nicht galvanisch voneinander getrennt sind. Das Öffnen der ersten Trennvorrichtung 1 geschieht hier in Intervallen von 5 Minuten. Ist die erste Trennvorrichtung 1 geöffnet, kann die Fehlerinformation durch Isolationsüberwachung innerhalb weniger Sekunden abgefragt und ausgewertet werden. Wird kein Isolationsfehler erkannt, schließt die Überwachungsvorrichtung 3 die erste Trennvorrichtung 1 nach z. B. 5 Sekunden wieder und das Laden der Fahrzeughochvoltbatterie wird fortgesetzt. Wird allerdings ein Isolationsfehler erkannt, kann, wenn dies notwendig oder gewünscht ist, die zweite Trennvorrichtung 2 bzw. 9 ebenfalls geöffnet werden. In alternativen Ausgestaltungsformen kann das Intervall, in dem die erste Trennvorrichtung geöffnet wird bis zu 20 Minuten, bevorzugterweise bis zu 10 Minuten betragen.
Aus Sicherheitsgründen öffnet die Überwachungsvorrichtung die erste Trennvorrichtung 1 auch, wenn ein Ladevorgang beendet ist oder wenn die Überwachungsvorrichtung 3 erkennt, dass der Stecker 8 des Ladekabels 11 aus einer Steckdose entfernt wurde.
Unabhängig von der Überwachungsvorrichtung 3 weist der Stecker 8 des Ladekabels 11 einen RCD-Schutzschalter 9 auf, der im Falle eines Fehlerstroms in dem Ladekabel 11 den Leiter und den Neutralleiter des Ladekabels öffnet.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60319570 T2 [0001]

Claims

Ladevorrichtung ohne Potentialtrennung für Kraftfahrzeuge: mit einer ersten schaltbaren Trennvorrichtung (1), welche dazu ausgebildet ist, mindestens die stromdurchflossenen Leiter (LL) eines Ladekabels (11), welches die Ladevorrichtung (15) mit einem Versorgungsnetz koppelt, zu öffnen und/oder zu schließen um eine Potentialtrennung zwischen Fahrzeugmasse und Neutralleiter des Ladekabels (11) herzustellen oder aufzuheben; mit einer zweiten schaltbaren Trennvorrichtung (2), welche dazu ausgebildet ist, mindestens eine Leitung (LB), welche eine Fahrzeughochvoltbatterie (7) mit der Ladevorrichtung (15) und/oder einem Fahrzeugbordnetz (6) verbindet zu öffnen und/oder zu schließen; und mit einer Überwachungsvorrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, einen Fehlerzustand (F) der Ladevorrichtung (15) oder des Kraftfahrzeugs (11) zu überwachen und der ersten und/oder der zweiten Trennvorrichtung (1, 2) in Abhängigkeit des Fehlerzustands (F) ein Stellsignal (Sig1, Sig2) zu übermitteln.
Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Trennvorrichtung (1) mindestens einen mindestens zweipoligen Wechselstromschütz zum Trennen der Ladevorrichtung (15) von dem Versorgungsnetz aufweist; und dass die zweite Trennvorrichtung (2) mindestens einen mindestens zweipoligen Gleichstromschütz zum Trennen der Fahrzeughochvoltbatterie (7) von der Ladevorrichtung (15) und/oder dem Fahrzeugbordnetz (6) aufweist.
Ladevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Trennvorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, mindestens die stromdurchflossenen Leiter eines Ladekabels (11) bei Abziehen eines Ladesteckers (8) des Ladekabels (11) aus einer Steckdose automatisch zu öffnen.
Ladevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Trennvorrichtung (1) dazu ausgebildet ist, mindestens die stromdurchflossenen Leiter des Ladekabels (11) bei Beenden eines Ladevorgangs automatisch zu öffnen.
Ladevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (3) eine Gleichstromfehlermessschaltung (4) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, einen Fehlergleichstrom zu messen, welcher zwischen mindestens zwei Leitern des Ladekabels (11) fließt, und. dass die Überwachungsvorrichtung (3) dazu ausgebildet ist, bei Erkennen eines Fehlergleichstroms der ersten und/oder der zweiten Trennvorrichtung (1, 2) jeweils ein Stellsignal (Sig1, Sig2) zum Öffnen zu übermitteln.
Ladevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (3) mit einer im Kraftfahrzeug (12) vorhandenen Isolationsüberwachungsvorrichtung (5) und der ersten Trennvorrichtung (1) gekoppelt ist, wobei die Überwachungsvorrichtung (3) dazu ausgebildet ist, der ersten Trennvorrichtung (1) in Intervallen von bis zu 60 Minuten, vorzugsweise in Intervallen von bis zu 5 Minuten, ein Stellsignal (Sig1) zum Öffnen zu übermitteln, und der ersten und/oder der zweiten Trennvorrichtung (1, 2) in Abhängigkeit eines Ergebnisses der Isolationsüberwachungsvorrichtung (5) ein Stellsignal (Sig1, Sig2) zum Öffnen und/oder zum Schließen zu übermitteln.
Ladeverfahren zum Laden ohne Potentialtrennung für Kraftfahrzeuge, insbesondere mit einer Ladevorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den Schritten: Überwachen der Ladevorrichtung (15) und des Kraftfahrzeugs (12) auf elektrische Fehler; Erzeugen einer Information über einen Fehlerzustand der Ladevorrichtung (15) und des Kraftfahrzeugs (12); Übermitteln eines Stellsignals (Sig1) zum Öffnen an eine erste Trennvorrichtung (1), welche dazu ausgebildet ist, mindestens die stromdurchflossenen Leiter (LL) des Ladekabels (11), welches die Ladevorrichtung (15) mit einem Versorgungsnetz koppelt, zu öffnen und/oder zu schließen, falls die Information über den Fehlerzustand einen Fehler in der Ladevorrichtung (15) und/oder dem Kraftfahrzeug (12) anzeigt; und/oder Übermitteln eines Stellsignals (Sig2) zum Öffnen an eine zweite Trennvorrichtung (2), welche dazu ausgebildet ist, mindestens eine Leitung (LB), welche eine Fahrzeughochvoltbatterie (7) mit der Ladevorrichtung (15) und/oder einem Fahrzeugbordnetz (6) verbindet zu öffnen und/oder zu schließen, falls die Information über den Fehlerzustand einen Fehler in der Ladevorrichtung (15) und/oder dem Kraftfahrzeug (12) anzeigt.
Ladeverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Trennvorrichtung (1) ein Stellsignal (Sig1) zum Öffnen übermittelt wird, sobald ein Ladestecker (8), welcher die Ladevorrichtung (15) mit einem Versorgungsnetz verbindet aus einer Steckdose abgezogen wird.
Ladeverfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Trennvorrichtung (1) ein Stellsignal (Sig1) zum Öffnen übermittelt wird, sobald ein Ladevorgang beendet ist.
Ladeverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachen der Ladevorrichtung (15) und des Kraftfahrzeugs (12) auf elektrische Fehler den Schritt aufweist einen Fehlergleichstrom, welcher zwischen einem Leiter und dem Neutralleiter und/oder der Fahrzeugmasse fließt, mit Hilfe einer Fehlergleichstrommessvorrichtung (4) zu messen.
Ladeverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachen der Ladevorrichtung (15) und des Kraftfahrzeugs (12) auf elektrische Fehler folgende Schritte aufweist: Übermitteln eines Stellsignals (Sig1) zum Öffnen an die erste Trennvorrichtung (1) in Intervallen von bis zu 60 Minuten, bevorzugterweise in Intervallen von bis zu 5 Minuten; Abfragen einer Fehlerinformation einer Isolationsüberwachungsvorrichtung (5) während die erste Trennvorrichtung (1) geöffnet ist; Übermitteln eines Stellsignals (Sig1) zum Schließen der ersten Trennvorrichtung (1), falls die abgefragte Fehlerinformation keinen Fehler anzeigt; und Eventuell übermitteln eines Stellsignals (Sig2) zum Öffnen an die zweite Trennvorrichtung (2), falls die abgefragte Fehlerinformation einen Fehler anzeigt.