DE102012217447B4 - Method for controlling a charging device and charging device adapted therefor - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Steuern einer Ladevorrichtung für elektrische Energiespeicher mittels eines pulsweitenmodulierten Signals, bei dem die Spannungswerte (U, U) zwischen zumindest einem unterschiedlichen positiven und einem konstanten negativen Spannungswert (Uo , U) alternieren, wobei ein positiver Anteil eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals in einem ersten Kondensator (C) gespeichert wird, und beim Fehlen eines negativen Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals ein zweiter Kondensator (C) aufgeladen wird.Method for controlling a charging device for electrical energy stores by means of a pulse width modulated signal, in which the voltage values (U, U) alternate between at least one different positive and a constant negative voltage value (Uo, U), with a positive portion of a pulse of the pulse width modulated signal in one first capacitor (C) is stored, and in the absence of a negative portion of the pulse of the pulse width modulated signal, a second capacitor (C) is charged.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Ladevorrichtung für elektrische Energiespeicher sowie eine Ladevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, mit einem solchen Verfahren betrieben zu werden.The invention relates to a method for controlling a charging device for electrical energy stores and a charging device that is set up to be operated with such a method.

Im Zuge der Verknappung fossiler Brennstoffe ist die Industrie schon seit längerem dazu übergegangen, als Alternative dazu auf elektrische Antriebe zu setzten. Elektrisch betriebene Fahrzeuge benötigen eine Infrastruktur mit einheitlichen Ladestationen durch die ein „Energietanken“ sichergestellt wird. Da derzeit der Ausbau solcher Ladestationen der Entwicklung der elektrischen Fahrzeuge hinterherhinkt, wurden Ladevorrichtungen vorgesehen, mittels derer elektrische Energiespeicher ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug auch an eine konventionelle Steckdose, wie sie in jedem Haushalt vorkommt, angeschlossen werden können. Solche Ladevorrichtungen bzw. Ladesysteme sind unter anderem unter dem Begriff electric road vehicle supply equipment (EVSE) bekannt geworden und wurden in der DIN EN 61851-1 genormt. Die Norm gilt für Vorrichtungen zum Laden innerhalb und außerhalb von Elektrostraßenfahrzeugen an genormten Wechselspannungen bis 1000 V und Gleichspannungen bis 1500 V und zur Stromversorgung aller zusätzlichen Betriebsfunktionen am Fahrzeug, die erforderlich sind, wenn das Fahrzeug an die Stromversorgung angeschlossen ist. Die EVSE bzw. die Ladevorrichtung übernimmt, unter anderen, dabei folgende Funktionen:

  • - Überprüfung, ob ein Fahrzeug ordnungsgemäß angeschlossen ist;
  • - ständige Überwachung der Durchgängigkeit eines Schutzleiters;
  • - ein Einschalten des Systems; sowie
  • - ein Ausschalten des Systems.
In the wake of the shortage of fossil fuels, the industry has long since switched to using electric drives as an alternative. Electrically powered vehicles require an infrastructure with uniform charging stations that ensure an “energy fill”. Since the expansion of such charging stations is currently lagging behind the development of electric vehicles, charging devices have been provided by means of which electrical energy storage devices can also be used to connect an electrically powered vehicle to a conventional socket, as is found in every household. Such charging devices or charging systems have become known, among other things, under the term electric road vehicle supply equipment (EVSE) and have been standardized in DIN EN 61851-1. The standard applies to devices for charging inside and outside of electric road vehicles with standardized AC voltages up to 1000 V and DC voltages up to 1500 V and for the power supply of all additional operating functions on the vehicle that are required when the vehicle is connected to the power supply. The EVSE or the loading device performs the following functions, among others:
  • - Check whether a vehicle is properly connected;
  • - constant monitoring of the continuity of a protective conductor;
  • - switching on the system; such as
  • - switching off the system.

Dabei wird zur Steuerung ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) verwendet, welches die Kommunikation des elektrischen Speichers des Fahrzeugs mit der Stromversorgungseinrichtung sicherstellt. Darüber hinaus kann die Ladevorrichtung weitere Funktionen übernehmen, wie z. B. die Auswahl der Ladestromstärke; eine Bestimmung der Lüftungsanforderung im Ladebereich und/oder die Erkennung bzw. Einstellung des momentan verfügbaren Laststroms der Stromversorgungseinrichtung. Die Kommunikation zwischen der Stromversorgungseinrichtung, der Ladevorrichtung und dem elektrischen Energiespeicher des elektrischen Fahrzeugs erfolgt mittels eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM-Signal) dessen Grundfrequenz 1 kHZ beträgt und über einen Pilotleiter übertragen wird. Die Spannungswerte dieses Signals bewegen sich zwischen +12 V und -12 V. Unterschiedliche Spannungswerte des „positiven“ Anteils eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals bestimmen die einzelnen Ladezustände, die zwischen dem elektrischen Energiespeicher des elektrischen Fahrzeugs und der Stromversorgungseinrichtung vorliegen. Die positiven Signalanteile des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals bewegen sich dabei zwischen +12 V und 0 V. Ein Spannungswert des „negativen“ Signalanteils bzw. Impulses muss während einer fehlerfreien Kommunikation zwischen elektrischen Energiespeicher und der Stromversorgungsvorrichtung immer -12 V betragen. Fehlt der negative Anteil des PWM-Signals, dann wird die Verbindung unterbrochen.A pulse width modulated signal (PWM signal) is used for the control, which ensures the communication of the electrical memory of the vehicle with the power supply device. In addition, the loading device can perform other functions, such as. B. the selection of the charging current; a determination of the ventilation requirement in the charging area and / or the detection or setting of the currently available load current of the power supply device. Communication between the power supply device, the charging device and the electrical energy store of the electric vehicle takes place by means of a pulse width modulated signal (PWM signal) whose basic frequency is 1 kHz and is transmitted via a pilot conductor. The voltage values of this signal range between +12 V and -12 V. Different voltage values of the "positive" portion of a pulse of the pulse-width-modulated signal determine the individual charge states that exist between the electrical energy storage device of the electrical vehicle and the power supply device. The positive signal components of the pulse of the pulse-width-modulated signal range between +12 V and 0 V. A voltage value of the "negative" signal component or pulse must always be -12 V during error-free communication between the electrical energy store and the power supply device. If the negative part of the PWM signal is missing, the connection is interrupted.

Sowohl der positive Anteil als auch der negative Anteil des PWM-Signals muss entsprechend zeitnah und sicher von der Ladevorrichtung (EVSE) erkannt und bewertet werden. Demnach erfolgt die Bewertung des positiven bzw. negativen Anteils eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals sofort und solange dieser noch „aktiv“ ist. Um dieses sicherzustellen, muss die Bewertung insbesondere bei „geringen“ Impulsbreiten unbedingt zu Beginn des positiven Impulses erfolgen. Eine solche Bewertung ist allerdings fehleranfällig, da durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte das Signal beeinflusst bzw. verfälscht werden kann. Besonders fehleranfällig ist das pulsweitenmodulierte Signal dann, wenn ein Tastverhältnis - das zeitliche Verhältnis des positiven Anteils des Impulses zur gesamten Pulsperiode - besonders klein ist. Hierbei ist die Fehlerhäufigkeit bei der Steuerung der Ladevorrichtung sehr hoch. Das Tastverhältnis definiert dabei die Höhe des Ladestroms, der von dem elektrischen Speicher des Fahrzeugs „gezogen“ wird.Both the positive component and the negative component of the PWM signal must be recognized and evaluated accordingly promptly and safely by the charging device (EVSE). Accordingly, the positive or negative part of a pulse of the pulse-width modulated signal is evaluated immediately and as long as it is still "active". To ensure this, the evaluation must be carried out at the beginning of the positive pulse, especially with "small" pulse widths. Such an evaluation is prone to errors, however, since the signal can be influenced or falsified by unwanted electrical or electromagnetic effects. The pulse width modulated signal is particularly susceptible to errors when a pulse duty factor - the time ratio of the positive portion of the pulse to the entire pulse period - is particularly small. The frequency of errors in the control of the charging device is very high. The pulse duty factor defines the amount of charging current that is “drawn” by the vehicle's electrical storage.

In der US 5 508 599 A sind eine Ladevorrichtung sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Ladevorrichtung mittels eines pulsweitenmodulierten Signals offenbart.In the US 5 508 599 A discloses a charging device and a method for controlling a charging device by means of a pulse width modulated signal.

Die US 6 087 805 A offenbart eine Batterie-Ladevorrichtung, bei der mit Pulsweitenmodulation eine Batterie geladen wird.The US 6 087 805 A discloses a battery charger in which a battery is charged with pulse width modulation.

Auch die US 5 680 031 A offenbart ein Verfahren und eine Ladevorrichtung für Batterien. Der Ladevorgang erfolgt dabei über eine Pulsweitensteuerung des Ladestroms, und die Ladespannung wird mit einem AD-Konverter an einem Mikrokontroller erfasst.Also the US 5 680 031 A discloses a method and charger for batteries. The charging process takes place via a pulse width control of the charging current, and the charging voltage is recorded with an AD converter on a microcontroller.

Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern einer Ladevorrichtung für elektrische Energiespeicher mittels eines pulsweitenmodulierten Signals vorzusehen, bei dem ein zuverlässiges Aufladen eines elektrischen Energiespeichers sichergestellt werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a method for controlling a charging device for electrical energy stores by means of a pulse-width-modulated signal, in which a reliable charging of an electrical energy store can be ensured.

Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens zum Steuern einer Ladevorrichtung für elektrische Energiespeicher mittels eines pulsweitenmodulierten Signals bzw. einer Ladevorrichtung zum Betreiben eines solchen Verfahrens gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren alternieren die Spannungswerte zwischen zumindest einem unterschiedlichen positiven und einem konstanten negativen Spannungswert, wobei ein positiver Anteil eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals in einem ersten Kondensator gespeichert wird, und beim Fehlen eines negativen Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals ein zweiter Kondensator aufgeladen wird. This object is achieved by means of a method for controlling a charging device for electrical energy stores by means of a pulse width modulated signal or a charging device for operating such a method. In the method according to the invention, the voltage values alternate between at least one different positive and a constant negative voltage value, a positive portion of a pulse of the pulse-width-modulated signal being stored in a first capacitor, and a second capacitor being charged in the absence of a negative portion of the pulse of the pulse-width-modulated signal ,

Auf besonders einfache und zuverlässige Weise wird der positive Spannungswert mittels eines Kondensators zwischengespeichert und als neues analoges Signal z.B. einem Analog-Digital-Eingang eines µ-Controllers zuführbar. Dadurch kann die aufwendige und zeitnahe Abtastung bzw. Bewertung des positiven Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals vermieden werden bzw. zu einem „späteren“ Zeitpunkt erfolgen - nachdem sich das Signal „stabilisiert“ hat. Dadurch werden Einflüsse auf Grund elektromagnetischer Effekte vermieden, wobei dadurch mögliche Fehlmessungen weitgehend ausgeschlossen werden können.In a particularly simple and reliable manner, the positive voltage value is buffered by means of a capacitor and used as a new analog signal, e.g. can be fed to an analog-digital input of a µ controller. As a result, the complex and timely sampling or evaluation of the positive portion of the pulse of the pulse-width-modulated signal can be avoided or can take place at a "later" time - after the signal has "stabilized". Influences due to electromagnetic effects are thereby avoided, whereby possible incorrect measurements can be largely excluded.

In ähnlicher Weise verhält es sich mit dem negativen Spannungswert bzw. dem negativen Anteil des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals, der während einer fehlerfreien Kommunikation immer -12 V betragen muss. Sobald der negative Pulsanteil des PWM-Signals fehlt, wird ein zweiter Kondensator aufgeladen. Dieser Kondensator ist derart dimensioniert, dass bei einem Fehlen des negativen Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Spannungswert von einem digitalen Eingang eines µ-Controllers gelesen wird.The situation is similar with the negative voltage value or the negative portion of the pulse of the pulse-width-modulated signal, which must always be -12 V during error-free communication. As soon as the negative pulse component of the PWM signal is missing, a second capacitor is charged. This capacitor is dimensioned such that, in the absence of the negative portion of the pulse of the pulse-width-modulated signal, an error signal is generated when the voltage value is read from a digital input of a μ-controller.

Dadurch kann auf besonders vorteilhafte Weise auf eine Abtastung der einzelnen Signal- bzw. Impulsanteile des pulsweitenmodulierten Signals verzichtet werden und zuverlässig ein bestimmter Ladezustand der Ladevorrichtung bestimmt werden. Dabei werden die einzelnen Spannungswerte, die den Ladungen der jeweiligen Kondensatoren entsprechen, über geeignete Schaltungselemente bzw. Pegelwandler auf ein äquivalentes Spannungsniveau des µ-Controllers herunter geregelt, welches dann von dem µ-Controller verarbeitet werden kann.In a particularly advantageous manner, this makes it possible to dispense with sampling of the individual signal or pulse components of the pulse-width-modulated signal and to reliably determine a specific state of charge of the charging device. The individual voltage values, which correspond to the charges of the respective capacitors, are regulated down to an equivalent voltage level of the μ-controller via suitable circuit elements or level converters, which can then be processed by the μ-controller.

Da die unterschiedlichen positiven Spannungswerte des pulsweitenmodulierten Signals einzelnen Ladezuständen entsprechen, mit denen die Ladevorrichtung gesteuert wird, ist es zweckmäßig, den Spannungswert, der der Ladung des ersten Kondensators entspricht, als analoges Signal an einen A/D-Eingang eines µ-Controllers zu führen. Der µ-Controller ist dadurch in der Lage, sowohl den zu steuernden Ladezustand einzustellen als auch die Höhe des von dem elektrischen Energiespeicher „zu ziehenden“ Stroms einzustellen, wobei ein Tastverhältnis des PWM-Signals proportional zur Höhe des „zu ziehenden“ Stroms ist.Since the different positive voltage values of the pulse-width-modulated signal correspond to individual charge states with which the charging device is controlled, it is expedient to carry the voltage value, which corresponds to the charge of the first capacitor, as an analog signal to an A / D input of a μ-controller , As a result, the µ-Controller is able to set both the state of charge to be controlled and the level of the current “to be drawn” from the electrical energy store, whereby a pulse duty factor of the PWM signal is proportional to the amount of the “to be drawn” current.

Da es bei dem pulsweitenmodulierten Signal, bei dem die Spannungswerte zwischen zumindest einem unterschiedlichen positiven und einem konstanten negativen Spannungswert alternieren, im Falle des negativen Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals nur darauf ankommt, ob es vorliegt oder nicht, ist es zweckmäßig, den Spannungswert, der der Ladung des zweiten Kondensators entspricht als analoges Signal lediglich an einen digitalen D-Eingang des µ-Controllers zu führen.Since the pulse width modulated signal, in which the voltage values alternate between at least one different positive and a constant negative voltage value, in the case of the negative portion of the pulse of the pulse width modulated signal, the only thing that matters is whether it is present or not, that corresponds to the charge of the second capacitor as an analog signal, only to be routed to a digital D input of the µ controller.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform löst ein vorgegebener Spannungswert ≥ 0, der der Ladung des zweiten Kondensators entspricht, ein Fehlersignal im µ-Controller aus. Dadurch kann auf besonders zuverlässige und einfache Weise ein Fehler in der Ladevorrichtung festgestellt werden. Es bedarf weder einer Abtastung, noch einer sofortigen Bewertung des negativen Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals. Dadurch kann auf eine aufwändige Schaltung verzichtet und damit Kosten eigespart werden.In a particularly preferred embodiment, a predetermined voltage value 0 0, which corresponds to the charge of the second capacitor, triggers an error signal in the μ-controller. As a result, a fault in the loading device can be determined in a particularly reliable and simple manner. Neither a sampling nor an immediate evaluation of the negative part of the pulse of the pulse width modulated signal is required. This eliminates the need for time-consuming switching and thus saves costs.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform bestimmt ein Tastverhältnis des positiven Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals die Höhe des Ladestroms der Ladevorrichtung. Dadurch lässt sich auf einfache Art und Weise eine Stellschraube für die Steuerung des Ladestroms nutzen, wobei ein und dasselbe pulsweitenmodulierte Signal verwendet werden kann.In a particularly advantageous embodiment, a pulse duty factor of the positive portion of the pulse of the pulse width modulated signal determines the level of the charging current of the charging device. This makes it easy to use an adjusting screw for controlling the charging current, and one and the same pulse-width-modulated signal can be used.

Ein weiterer Aspekt bezieht sich auf eine Ladevorrichtung zum Betreiben eines Verfahrens - wie vorhergehend beschrieben, bei dem zwischen zwei Anschlüssen eines Ladekabels eine Schaltung vorgesehen ist, die ein zum Steuern des Ladestroms vorgesehenes pulsweitenmoduliertes Signal auswertet, wobei die Schaltung umfasst:

  • - einen ersten Kondensator, in dem zumindest ein positiver Anteil eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals speicherbar ist, und
  • - einen zweiten Kondensator, der aufladbar ist, wenn ein negativer Anteil des alternierenden pulsweitenmodulierten Signals fehlt.
Another aspect relates to a charging device for operating a method - as described above, in which a circuit is provided between two connections of a charging cable which evaluates a pulse-width-modulated signal provided for controlling the charging current, the circuit comprising:
  • a first capacitor in which at least a positive portion of a pulse of the pulse width modulated signal can be stored, and
  • a second capacitor that can be charged if a negative portion of the alternating pulse-width modulated signal is missing.

Durch das Anordnen von Kondensatoren können einzelne Spannungswerte des positiven bzw. negativen Anteils eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals zwischengespeichert werden und dadurch zeitverzögert von einem µ-Controller ausgewertet werden, ohne dass aufwendige Schaltungen zur Abtastung der einzelnen negativen und positiven Anteile des Impulses des PWM-Signals benötigt werden. Des Weiteren kann dadurch vorteilhaft der Einfluss von elektromagnetischen Effekten auf das pulsweitenmodulierte Signal umgangen werden. Dadurch wird eine zuverlässige Steuerung des Ladezustands der Ladevorrichtung sowie des Ladestroms erreicht.By arranging capacitors, individual voltage values of the positive or negative portion of a pulse of the pulse-width-modulated signal can be temporarily stored and thus delayed by a μ-controller can be evaluated without the need for complex circuits for sampling the individual negative and positive components of the pulse of the PWM signal. Furthermore, the influence of electromagnetic effects on the pulse-width-modulated signal can advantageously be avoided. This ensures reliable control of the state of charge of the charging device and the charging current.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das PWM-Signal über einen dedizierten Pilotleiter der Ladevorrichtung übertragen. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Übertragung erhöht werden, zumal der Pilotleiter speziell auf eine solche Übertragung hinausgelegt werden kann.In an advantageous embodiment, the PWM signal is transmitted via a dedicated pilot conductor of the charging device. As a result, the reliability of the transmission can be increased, especially since the pilot conductor can be specifically extended to such a transmission.

Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Funktionsschema des Verfahrens für eine Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. The invention and exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to a drawing. The single figure shows a functional diagram of the method for a charging device according to an embodiment of the invention.

Die Figur zeigt einen µ-Controller µC der in der Lage ist, ein pulsweitenmoduliertes Signal zu generieren und dieses, beispielsweise über einen Pilotleiter der Ladevorrichtung, über einen Ausgang PWM-Out zu einem elektrischen Energiespeicher - nicht gezeigt - eines Elektrofahrzeugs E-FZG zu übertragen. In der Figur wird lediglich skizzenhaft eine solche Ladevorrichtung angedeutet, wobei die Ladevorrichtung selbst zwischen zwei Anschlüssen eines elektrischen Ladekabels - nicht gezeigt - angeordnet ist.The figure shows a μ-controller μC which is able to generate a pulse-width-modulated signal and this, for example via a pilot conductor of the charging device, via an output PWM-Out to an electrical energy store - not shown - of an electric vehicle E-FZG transferred to. Such a charging device is only sketchily indicated in the figure, the charging device itself being arranged between two connections of an electrical charging cable, not shown.

Das PWM-Signal wird über den Stecker ST des Ladekabels zum elektrischen Energiespeicher des Elektrofahrzeugs E-FZG übertragen. Sofern es sich um ein Signal gemäß DIN EN 61851-1 handelt, weist dieses eine Frequenz von 1 kHZ auf. Über einen Pegelwandler P0 , den das PWM-Signal nachdem Verlassen des µ-Controllers µC durchläuft, wird das PWM-Signal auf Spannungswerte hochgesetzt, die sich in einem Bereich von ±12 V bewegen. Dabei weist der negative Anteil eines Impulses des PWM-Signals immer einen konstanten Spannungswert Uk ist -12 V auf. Der positive Anteil des Impulses des PWM-Signals kann unterschiedliche Werte zwischen 0 und +12 V annehmen. Dabei kennzeichnet der Spannungswert U0 - der Einfachheit halber hier als ein Wert zwischen 0 und +12 V gewählt - einen Ladezustand der Ladevorrichtung.The PWM signal is through the connector ST of the charging cable to the electrical energy storage device of the electric vehicle E-FZG transfer. If it is a signal according to DIN EN 61851-1, it has a frequency of 1 kHz. Via a level converter P 0 The PWM signal goes through after leaving the µ-Controller µC, the PWM signal is increased to voltage values that are in a range of ± 12 V. The negative component of a pulse of the PWM signal always has a constant voltage value U k is -12 V. The positive part of the pulse of the PWM signal can have different values between 0 and +12 V. The voltage value indicates U 0 - Chosen here for the sake of simplicity as a value between 0 and +12 V - a charge status of the charging device.

Ein Tastverhältnis des positiven Anteils des Impulses des PWM-Signals, das durch to/T definiert ist, gibt eine Höhe des zu ziehenden Ladestroms der Ladevorrichtung an. In Serie zu dem Pegelwandler P0 ist ein Widerstand R0 geschaltet, der DIN EN61851-1 entsprechend einen Wert von 1 kΩ aufweist. Über einen Stecker ST ist die Ladevorrichtung an den elektrischen Energiespeicher des elektrischen Fahrzeugs E-FZG gekoppelt. Sobald das Ladekabel mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden ist, kann das PWM-Signal sowie der zu ziehende Strom über eine elektrische Schaltung weitergeleitet werden. Die Schaltung - hier stark vereinfacht dargestellt als zum Ladekabel in Serie geschaltete Diode D0 und daran anschließend zwei parallel geschaltete Widerstände Ra , Rb - wirkt wie ein Spannungsteiler, der den ursprünglichen Spannungswert U0 des PWM-Signals beeinflusst.A duty cycle of the positive portion of the pulse of the PWM signal, which is defined by to / T, indicates a level of the charging current to be drawn by the charging device. In series with the level converter P 0 is a resistance R 0 switched, which has a value of 1 kΩ in accordance with DIN EN61851-1. Via a plug ST is the charging device to the electrical energy storage of the electric vehicle E-FZG coupled. As soon as the charging cable is connected to the electrical energy store, the PWM signal and the current to be drawn can be passed on via an electrical circuit. The circuit - shown here in a highly simplified form as a diode connected in series with the charging cable D 0 and then two resistors connected in parallel R a . R b - acts like a voltage divider that matches the original voltage value U 0 of the PWM signal.

Beispielsweise weist der Spannungswert U0 des PWM-Signals vor dem Koppeln des Ladekabels über den Stecker ST mit dem elektrischen Energiespeicher des Elektrofahrzeugs E-FZG einen Wert von 12 V auf. Dadurch wird der Ladevorrichtung beispielsweise signalisiert, dass noch kein Kontakt vorliegt. Sobald der Stecker ST an den elektrischen Energiespeicher gekoppelt ist, fällt über den Widerstand Ra die ursprüngliche Spannung U0 von 12 V beispielsweise auf 9 V ab, was bedeutet, dass der µ-Controller µC erkennt, dass eine Verbindung mit einem elektrischen Energiespeicher vorliegt. Nun beginnt er µ-Controller µC das PWM-Signal zu generieren. Sobald der Widerstand Rb des elektrischen Energiespeichers von dem Elektrofahrzeug E-FZG hinzugeschaltet wird, erfolgt ein weiterer Spannungsabfall, beispielsweise auf den Wert von 6 V, welcher den µ-Controller µC veranlasst, einen Strom gemäß einem bestimmten Tastverhältnis to/T zur Verfügung zu stellen. Das Elektrofahrzeug E-FZG befindet sich nun im Ladezustand: Aufladen.For example, the voltage value shows U 0 the PWM signal before coupling the charging cable via the connector ST with the electrical energy storage of the electric vehicle E-FZG a value of 12 V. This signals to the charging device, for example, that there is no contact yet. Once the plug ST coupled to the electrical energy storage device, falls via the resistor R a the original tension U 0 from 12 V, for example, to 9 V, which means that the µ controller µC recognizes that there is a connection to an electrical energy store. Now the µ-Controller µC begins to generate the PWM signal. As soon as the resistance R b of the electrical energy storage device from the electric vehicle E-FZG is switched on, there is a further voltage drop, for example to the value of 6 V, which causes the µ-controller µC, a current according to a certain duty cycle dead to provide. The electric vehicle E-FZG is now in the charging state: charging.

Um eine Kontrolle des Ladestroms und des Ladezustands der Ladevorrichtung sicherzustellen, wird das PWM-Signal nach dem Widerstand R0 abgegriffen und dem µ-Controller µC zugeführt. Dabei werden die positiven bzw. negativen Anteile des Impulses des PWM-Signals überwacht. Der positive Spannungsanteil U0 des PWM-Signals wird über einen Pegelwandler P1 und einen Spannungsfolger S1 sowie einer dazu in Serie geschalteten Diode D1 weitergeleitet, und anschließend in einem Kondensator C1 zwischengespeichert. Parallel zu dem Kondensator C1 ist der Widerstand R1 so wie der Analog-Digital-Eingang AD-In des µ-Controllers µC geschaltet. Der besondere Vorteil dieser Anordnung erlaubt es, den von den zwischengeschalteten Elementen auf den Wert U1 herunter gewandelten positiven Anteil des Spannungswerts U0 auf einfache Art und Weise auszulesen und auszuwerten. Der Vorteil liegt darin, dass der Spannungswert des positiven Anteils U0 des PWM-Signals viel zuverlässiger ausgelesen werden kann als dies bei einer zeitnahen Abtastung des Signals der Fall wäre. Eine sofortige Abtastung des positiven Anteils des Impulses innerhalb der Zeit to ist nicht mehr notwendig und störende elektrische bzw. elektromagnetische Einflüsse können das PWM-Signal somit nicht negativ beeinflussen. Anschließend ist der µ-Controller µC in der Lage, den Spannungswert U1 einem bestimmten Ladezustand der Ladevorrichtung zuzuordnen bzw. die Höhe des zu ladenden Stroms zu steuern.In order to ensure a control of the charging current and the state of charge of the charging device, the PWM signal after the resistor R 0 tapped and fed to the µ controller µC. The positive and negative parts of the pulse of the PWM signal are monitored. The positive tension component U 0 of the PWM signal is via a level converter P 1 and a voltage follower S 1 as well as a diode connected in series D 1 forwarded, and then in a capacitor C 1 cached. In parallel to the capacitor C 1 the resistor R 1 is like the analog-digital input In AD of the µ controller µC switched. The particular advantage of this arrangement allows the value of the intermediate elements U 1 down converted positive portion of the voltage value U 0 easy to read and evaluate. The advantage is that the voltage value of the positive portion U 0 of the PWM signal can be read out much more reliably than would be the case if the signal were sampled in a timely manner. An immediate sampling of the positive part of the pulse within the time to is no longer necessary and disturbing electrical or electromagnetic influences can therefore not negatively influence the PWM signal. The µ controller µC is then able to determine the voltage value U 1 to assign a specific state of charge of the charging device or to control the amount of current to be charged.

Des Weiteren wird ein negativer Anteil des PWM-Signals parallel zu dem Widerstand R0 abgezweigt, um einen eventuellen fehlerhaften Zustand des Ladevorgangs bzw. der Ladevorrichtung zu überwachen. Dabei wird der negative Anteil des Impulses des PWM-Signals über einen Impedanz- und Pegelwandler P2 weitergeleitet. In Serie zu dem Pegelwandler P2 ist eine entgegengerichtete Diode D2 sowie ein Digitaleingang D-In des µ-Controllers geschaltet. Zwischen der Diode D2 und dem digitalen Eingang D-In des µ-Controllers µC ist ein zweiter Kondensator C2 sowie ein Widerstand R2 parallel geschaltet. Bei dem negativen Anteil des Impulses des PWM-Signals handelt es sich um einen konstanten Spannungswert Uk , der -12 V beträgt. Der negative Anteil des Impulses des PWM-Signals erfolgt jeweils alternierend zu dem positiven Anteil des Impulses des PWM-Signals. Sobald das PWM-Signal gestört ist bzw. der negative Spannungswert Uk eine Spannung aufweist, die von dem Wert - 12 V in Richtung des Wertes von 0 V abweicht, kommt es zu einer Aufladung des zweiten Kondensators C2 mit einer Spannung U2 über den Widerstand R2 . Der µ-Controller µC misst über den Digitaleingang D-In den Spannungswert U2 der an dem zweiten Kondensator C2 auftritt bzw. in diesem gespeichert ist. Sofern der Spannungswert U2 von 0 V abweicht, wird ein Fehlersignal ausgelöst und damit die Übertragung des Stroms über die Ladevorrichtung unterbrochen. Auch in diesem Fall wird durch die Zwischenspeicherung eines Spannungswerts U2 in dem zweiten Kondensator C2 ein Abtasten des konstanten Spannungswerts Uk des negativen Anteils des Impulses des PWM-Signals vermieden und auf diese Weise leicht und zuverlässig ein Fehler der Ladevorrichtung identifiziert.Furthermore, a negative portion of the PWM signal becomes parallel to the resistor R 0 branched to monitor a possible faulty state of the charging process or the loading device. The negative part of the pulse of the PWM signal is transmitted via an impedance and level converter P 2 forwarded. In series with the level converter P 2 is an opposite diode D 2 as well as a digital input D-In of the µ controller. Between the diode D 2 and the digital input D-In of the µ controller µC is a second capacitor C 2 as well as a resistance R 2 connected in parallel. The negative part of the pulse of the PWM signal is a constant voltage value U k , which is -12 V. The negative part of the pulse of the PWM signal takes place alternately to the positive part of the pulse of the PWM signal. As soon as the PWM signal is disturbed or the negative voltage value U k has a voltage that deviates from the value - 12 V in the direction of the value of 0 V, the second capacitor is charged C 2 with a tension U 2 about the resistance R 2 , The µ controller µC measures via the digital input D-In the voltage value U 2 the one on the second capacitor C 2 occurs or is stored in it. If the voltage value U 2 deviates from 0 V, an error signal is triggered and thus the transmission of the current through the charging device is interrupted. In this case too, the intermediate storage of a voltage value U 2 in the second capacitor C 2 sampling the constant voltage value U k the negative part of the pulse of the PWM signal avoided and in this way easily and reliably identified a fault of the charging device.

Die vorhergehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung zeigt hier nur beispielhaft, wie eine Ladevorrichtung gemäß der DIN-EN61851-1 vorteilhaft ausgestaltet werden kann, um ein zuverlässiges und sicheres Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs E-FZG zu ermöglichen.The previously described embodiment of the invention shows here only by way of example how a charging device in accordance with DIN-EN61851-1 can advantageously be designed in order to reliably and safely charge an electrical energy store of an electric vehicle E-FZG to enable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

AD-InIn AD
Analog-Digital-EingangAnalog to digital input
C1 C 1
Kondensatorcapacitor
C2 C 2
Kondensatorcapacitor
D0 D 0
Diodediode
D1 D 1
Diodediode
D2 D 2
Diodediode
D-InD-In
DigitaleingangDigital input
E-FZGE-FZG
Elektrofahrzeugelectric vehicle
P0 P 0
Pegelwandlerlevel converter
P1 P 1
Pegelwandlerlevel converter
P2 P 2
Pegelwandlerlevel converter
PMW-SignalPMW signal
pulsweitenmoduliertes Signalpulse width modulated signal
PMW-OutPMW-out
Ausgang des pulsweitenmodulierten SignalsOutput of the pulse width modulated signal
R0 R 0
Widerstandresistance
Ra R a
Widerstandresistance
Rb R b
Widerstandresistance
STST
Steckerplug
S1 S 1
Spannungsfolgervoltage follower
to/Tdead
Tastverhältnisduty cycle
U0 U 0
Spannungswertvoltage value
U1 U 1
Spannungswertvoltage value
U2 U 2
Spannungswertvoltage value
Uk U k
konstanter Spannungswertconstant voltage value
µC.mu.C
µ-Controllerμ-controller

Claims (8)

Verfahren zum Steuern einer Ladevorrichtung für elektrische Energiespeicher mittels eines pulsweitenmodulierten Signals, bei dem die Spannungswerte (U0, Uk) zwischen zumindest einem unterschiedlichen positiven und einem konstanten negativen Spannungswert (Uo , Uk) alternieren, wobei ein positiver Anteil eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals in einem ersten Kondensator (C1) gespeichert wird, und beim Fehlen eines negativen Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals ein zweiter Kondensator (C2) aufgeladen wird.A method for controlling a charging device for electric energy storage by means of a pulse width modulated signal, wherein the voltage values (U 0, U k) alternating between at least one different positive and a constant negative voltage value (Uo, U k), where a positive portion of a pulse of the pulse width modulated Signal is stored in a first capacitor (C 1 ), and in the absence of a negative portion of the pulse of the pulse width modulated signal, a second capacitor (C 2 ) is charged. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungswert (U1), der der Ladung des ersten Kondensators (C1) entspricht, als analoges Signal an einen A/D-Eingang (Ad-In) eines µ-Controllers (µC) geführt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a voltage value (U 1 ), which corresponds to the charge of the first capacitor (C 1 ), is passed as an analog signal to an A / D input (ad-in) of a μ-controller (μC). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswert (U1), der der Ladung des ersten Kondensators (C1) entspricht, einen Ladezustand der elektrischen Ladevorrichtung bestimmt.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the voltage value (U 1 ), which corresponds to the charge of the first capacitor (C 1 ), determines a state of charge of the electrical charging device. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungswert (U2), der der Ladung des zweiten Kondensators (C2) entspricht, als analoges Signal an einem D-Eingang (D-In) des µ-Controllers geführt wird.Method according to one of the preceding Claims 1 to 3 , characterized in that a voltage value (U 2 ), which corresponds to the charge of the second capacitor (C 2 ), is carried as an analog signal at a D input (D-In) of the μ-controller. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungswert (U2), der der Ladung des zweiten Kondensators (C2) entspricht, ein Fehlersignal im µ-Controller auslöst. Procedure according to Claim 4 , characterized in that a voltage value (U 2 ), which corresponds to the charge of the second capacitor (C 2 ), triggers an error signal in the μ-controller. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tastverhältnis des positiven Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals, das dem Verhältnis einer Impulsweite des positiven Spannungswerts (to) zu einer Periodendauer des Impulses (T) entspricht, einen Ladestromzustand der Ladevorrichtung bestimmt.Method according to one of the preceding Claims 1 to 5 , characterized in that a pulse duty factor of the positive portion of the pulse of the pulse width modulated signal, which corresponds to the ratio of a pulse width of the positive voltage value (to) to a period of the pulse (T), determines a charging current state of the charging device. Ladevorrichtung zum Betreiben eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, bei dem zwischen zwei Anschlüssen eines Ladekabels eine Schaltung vorgesehen ist, die ein zum Steuern eines Ladestroms vorgesehenes pulsweitenmoduliertes Signal auswertet, wobei die Schaltung umfasst: - einen ersten Kondensator (C1), in dem zumindest ein positiver Anteil eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals speicherbar ist, und - einen zweiten Kondensator, der aufladbar ist, wenn ein negativer Anteil eines alternierenden pulsweitenmodulierten Signals fehlt.Loading device for operating a method according to Claim 1 to 6 , in which a circuit is provided between two connections of a charging cable, which evaluates a pulse width modulated signal provided for controlling a charging current, the circuit comprising: a first capacitor (C1) in which at least a positive portion of a pulse of the pulse width modulated signal can be stored , and - a second capacitor that can be charged if a negative portion of an alternating pulse width modulated signal is missing. Ladevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung einen Pilotleiter umfasst, auf dem das pulsweitenmodulierte Signal übertragen wird.Loading device after Claim 7 , characterized in that the charging device comprises a pilot conductor on which the pulse width modulated signal is transmitted.
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