DE102018128772A1 - Measuring device with shielding for a charging device for charging a vehicle - Google Patents

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Sunny Rohilla
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung (20) für eine Ladeeinrichtung (10) zum Laden eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb mit Gleichstrom, wobei die Ladeeinrichtung (10) eine elektrische Verbindungseinrichtung (12) zum Verbinden mit dem elektrischen Fahrzeug aufweist. Die Messeinrichtung (20) umfasst eine Strommesseinrichtung (34) mit einem Shunt (38) und einem Spannungsmesser (40) zum Messen eines Ladestroms durch die Verbindungseinrichtung (12), und eine Spannungsmesseinrichtung (36) zum Messen einer Ladespannung an der Verbindungseinrichtung (12), wobei die Messeinrichtung (20) im Bereich der Strommesseinrichtung (34), insbesondere eines internen DC/DC-Wandlers, eine elektromagnetische Schirmeinrichtung (66) aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Ladeeinrichtung (10) zum Laden eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb mit Gleichstrom, wobei die Ladeeinrichtung (10) eine elektrische Verbindungseinrichtung (12) zum Verbinden mit dem elektrischen Fahrzeug und eine obige Messeinrichtung (20) aufweist, und die Messeinrichtung (20) zum Messen eines Ladestroms durch die Verbindungseinrichtung (12) und einer Ladespannung an der Verbindungseinrichtung (12) angeordnet ist.

Figure DE102018128772A1_0000
The invention relates to a measuring device (20) for a charging device (10) for charging a vehicle with an electric drive with direct current, the charging device (10) having an electrical connecting device (12) for connecting to the electric vehicle. The measuring device (20) comprises a current measuring device (34) with a shunt (38) and a voltmeter (40) for measuring a charging current through the connecting device (12), and a voltage measuring device (36) for measuring a charging voltage at the connecting device (12) The measuring device (20) has an electromagnetic shielding device (66) in the area of the current measuring device (34), in particular an internal DC / DC converter. The invention also relates to a charging device (10) for charging a vehicle with an electric drive with direct current, the charging device (10) having an electrical connecting device (12) for connecting to the electric vehicle and an above measuring device (20), and the measuring device (20) for measuring a charging current through the connecting device (12) and a charging voltage is arranged on the connecting device (12).
Figure DE102018128772A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung für eine Ladeeinrichtung zum Laden eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb mit Gleichstrom, wobei die Ladeeinrichtung eine elektrische Verbindungseinrichtung zum Verbinden mit dem elektrischen Fahrzeug aufweist. Die Messeinrichtung umfasst eine Strommesseinrichtung mit einem Shunt zum Messen eines Ladestroms durch die Verbindungseinrichtung, und eine Spannungsmesseinrichtung zum Messen einer Ladespannung an der Verbindungseinrichtung.The present invention relates to a measuring device for a charging device for charging a vehicle with an electric drive with direct current, the charging device having an electrical connection device for connecting to the electric vehicle. The measuring device comprises a current measuring device with a shunt for measuring a charging current through the connecting device, and a voltage measuring device for measuring a charging voltage at the connecting device.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Ladeeinrichtung zum Laden eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb mit Gleichstrom, wobei die Ladeeinrichtung eine elektrische Verbindungseinrichtung zum Verbinden mit dem elektrischen Fahrzeug und eine obige Messeinrichtung aufweist, und die Messeinrichtung zum Messen eines Ladestroms durch die Verbindungseinrichtung und einer Ladespannung an der Verbindungseinrichtung angeordnet ist.The present invention also relates to a charging device for charging a vehicle with an electric drive with direct current, the charging device having an electrical connecting device for connecting to the electric vehicle and an above measuring device, and the measuring device for measuring a charging current through the connecting device and a charging voltage the connecting device is arranged.

Beim Laden und insbesondere beim Schnellladen von Fahrzeugen mit elektrischen Antrieben mit hohen Gleichspannungen und Gleichströmen ist es erforderlich, große elektrische Leistungen bereitzustellen. Ladespannungen von bis zu tausend Volt und/oder Ladeströme von mehreren hundert Ampere können bei solchen Schnellladevorgängen aktuell auftreten. Für zukünftige Anwendungen sind auch Spannungen von über tausend Volt und Ströme von über tausend Ampere möglich.When charging and in particular when charging vehicles with electrical drives with high direct voltages and direct currents, it is necessary to provide large electrical outputs. Charging voltages of up to a thousand volts and / or charging currents of several hundred amperes can currently occur in such rapid charging processes. Voltages of over a thousand volts and currents of over a thousand amperes are also possible for future applications.

Zur Ladeinfrastruktur gehören typischerweise eine Ladeeinrichtung, meist nach der Art einer Ladesäule, eine Kühlungseinheit und eine Leistungselektronik. Dabei werden häufig mehrere Ladesäulen gemeinsam aufgestellt. Ein optionales Backend kann jede Ladesäule oder bei gemeinsamer Aufstellung jeden Ladepark mit einer Zentrale verbinden.The charging infrastructure typically includes a charging device, usually in the manner of a charging station, a cooling unit and power electronics. Often, several charging stations are set up together. An optional backend can connect each charging station or, if installed together, each charging park to a control center.

Wichtig beim Laden von Fahrzeugen mit elektrischen Antrieben ist eine korrekte Abrechnung von übertragener elektrischer Energie. Dazu ist es prinzipiell erforderlich, die großen Gleichspannungen und Gleichströme zuverlässig zu messen. Dadurch kann die an das jeweilige Fahrzeug beim Laden übertragene Energie abgerechnet werden, damit sich der Betrieb von solchen (Gleichstrom-)Ladeeinrichtungen lohnt. Dies ist jedoch in der Praxis schwierig durchzuführen. Heutige Ladesäulen messen meist eine eingangsseitig an die Ladesäule übertragene AC-Eingangsenergie, weil diese zertifiziert bestimmt werden kann. Diese gegenüber einem Kunden abzurechnen würde jedoch bedeuten, dass in der Ladesäule anfallende Verluste dem Kunden mit in Rechnung gestellt werden. Daher wird die Energie teilweise verschenkt oder über Pauschalen oder Parkplatzmiete vor den Ladesäulen abgerechnet. Dies ist meist sowohl für den Betreiber einer Ladeeinrichtung wie auch für den Kunden unerwünscht.When charging vehicles with electric drives, it is important that the transferred electrical energy is billed correctly. In principle, this requires reliably measuring the large direct voltages and direct currents. As a result, the energy transferred to the respective vehicle when charging is billed so that the operation of such (direct current) charging devices is worthwhile. However, this is difficult to do in practice. Today's charging stations usually measure an AC input energy transmitted to the charging station on the input side, because this can be determined in a certified manner. However, billing these to a customer would mean that losses incurred in the charging station are also charged to the customer. This is why some of the energy is given away or billed via flat rates or parking space rental in front of the charging stations. This is usually undesirable both for the operator of a charging device and for the customer.

Um die an das Fahrzeug übertragene Energie zu bestimmen, ist es erforderlich, sowohl Spannung als auch Strom während des Ladevorgangs ausgangsseitig an der Ladeeinrichtung zu bestimmen. Zur genauen Strommessung werden in Ladesäulen bisher Stromwandler eingesetzt, die auf dem Hall-Effekt, also der Messung eines einen Leiter umgebenden Magnetfeldes, beruhen. Die Verwendung von Stromwandlern ist aber ausgehend von verschiedenen, möglichen Kombinationen aus Strom und Spannung problematisch. Um einen entsprechenden Messbereich abdecken zu können, kann die Messgenauigkeit bei kleineren Werten von Strom und Spannung zu gering sein. Dies ist zusätzlich problematisch, da die Fahrzeuge verschiedene Ladecharakteristika aufweisen und beispielsweise abhängig von einem aktuellen Ladestand beliebige Spannungen und Ströme abrufen können. Ladestrom und Ladespannung hängen somit nicht nur vom Fahrzeug als solchem ab, sondern können sich während des Ladevorgangs kontinuierlich ändern. Ladestrom und Ladespannung müssen daher während des Ladevorgangs kontinuierlich überwacht werden.In order to determine the energy transmitted to the vehicle, it is necessary to determine both the voltage and the current on the output side of the charging device during the charging process. To date, current transformers based on the Hall effect, that is to say the measurement of a magnetic field surrounding a conductor, have been used in charging stations for accurate current measurement. The use of current transformers is problematic, however, based on various possible combinations of current and voltage. In order to be able to cover a corresponding measuring range, the measuring accuracy may be too low for smaller values of current and voltage. This is additionally problematic since the vehicles have different charging characteristics and can, for example, call up any voltages and currents depending on a current charge level. Charging current and charging voltage therefore not only depend on the vehicle as such, but can change continuously during the charging process. The charging current and charging voltage must therefore be continuously monitored during the charging process.

Im Stand der Technik ist allgemein bekannt, Gleichstrommesser mit einem Shunt zu verwenden, um einen Gleichstrom zu bestimmen. Dazu wird eine Spannung über dem Shunt gemessen und daraus der durch den Shunt fließende Strom ermittelt. In Fahrzeugen mit elektrischen Antrieben werden bereits teilweise Shunts eingesetzt, um den Ladestrom während des Ladevorgangs zu messen. Dadurch kann der Ladevorgang einer Batterie des Fahrzeugs überwacht werden.It is well known in the art to use DC meters with a shunt to determine a DC current. For this purpose, a voltage across the shunt is measured and the current flowing through the shunt is determined. Shunts are already partially used in vehicles with electric drives to measure the charging current during the charging process. This enables the charging process of a battery in the vehicle to be monitored.

Der Gleichstrom und die Gleichspannung bei großen DC-Leistungen müssen an den Ladesäulen präzise gemessen werden, um die übertragene Energie zu bestimmen und diese abrechnen zu können. Durch häufige Benutzung der Ladeeinrichtung, insbesondere durch eine Bewegung der Verbindungseinrichtung, kann es zu mechanischen Schäden kommen. Insbesondere kann die Messeinrichtung durch eine Bewegung von Stromleitern der Verbindungseinrichtung oder durch daraus resultierende Erschütterungen beschädigt werden, oder Ihre Verbindung mit den Stromleitern wird beschädigt. Dies kann dazu führen, dass die Messeinrichtung ausfällt und die Ladeeinrichtung insgesamt nicht weiter nutzbar ist. Deshalb wird die Messeinrichtung im Stand der Technik beispielsweise nicht direkt an der Verbindungseinrichtung, sondern an einem Ort in der Ladesäule platziert, wo die Bewegungen der Stromleiter bereits abgefangen sind. Dies kann auch Steckverbindungen betreffen, welche einzelne Komponenten der Messeinrichtung untereinander oder die Messeinrichtung insgesamt mit der Ladeeinrichtung verbinden. Die Messeinrichtung kann beispielsweise mit einem Shunt ausgeführt sein, der vorzugsweise direkt in eine Auswerteplatine eingebunden ist. Dadurch kann eine Anzahl erforderlicher Steckverbindungen, die im Betrieb Fehler erzeugen können, reduziert werden, um eine korrekte Funktion der Ladeeinrichtung auch über einen längeren Zeitraum gewährleisten und Aufwand für Wartung und Reparatur gering halten zu können.The direct current and direct voltage for large DC powers must be measured precisely on the charging stations in order to determine the transmitted energy and to be able to bill for this. Frequent use of the charging device, in particular movement of the connecting device, can result in mechanical damage. In particular, the measuring device can be damaged by movement of the conductors of the connecting device or by vibrations resulting therefrom, or your connection to the conductors is damaged. This can result in the measuring device failing and the charging device as a whole no longer being usable. For this reason, the measuring device in the prior art is, for example, not placed directly on the connecting device, but rather at a location in the charging station where the movements of the current conductors have already been intercepted. This can also affect plug connections, which individual components of the Connect the measuring device to one another or the measuring device as a whole to the charging device. The measuring device can be designed, for example, with a shunt, which is preferably integrated directly into an evaluation board. As a result, a number of required plug connections, which can generate errors during operation, can be reduced in order to ensure correct functioning of the charging device even over a longer period of time and to be able to keep maintenance and repair costs low.

Dabei soll außerdem eine kostengünstige Implementierung erfolgen, um Elektrofahrzeuge und ihre Infrastruktur für einen Massenbetrieb verfügbar zu machen.In addition, an inexpensive implementation is to take place in order to make electric vehicles and their infrastructure available for mass operation.

Dabei kommt es in der Praxis vor, dass bei einer Spannungsmessung, die bei der Strommessung über einen Shunt integriert ist, Rauschen auftreten kann, so dass beispielsweise Anforderungen der Norm EN 61000-3-6, beispielsweise in der Fassung vom Februar 2008, nicht eingehalten werden können. Die Norm betrifft EMV-Anforderungen.In practice, noise can occur during a voltage measurement that is integrated in the current measurement via a shunt, so that, for example, the requirements of the EN 61000-3-6 standard, for example the version from February 2008, are not met can be. The standard concerns EMC requirements.

In diesem Zusammenhang ist aus der DE 20 2010 014 316 U1 eine Ladestation zum elektrischen Laden von zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit einer Steuereinheit und zumindest zwei Ladeeinheiten bekannt, wobei die Steuereinheit mit den zumindest zwei Ladeeinheiten verbunden ist und wobei von den zumindest zwei Ladeeinheiten zumindest eine mit dem zu ladenden Fahrzeug verbindbar ist. Zumindest eine Ladeeinheit ist eine Wechselstrom-Ladeeinheit und zumindest eine andere Ladeeinheit ist eine Gleichstrom-Ladeeinheit. Das Fahrzeug ist durch die Wechselstrom-Ladeeinheit oder die Gleichstromladeeinheit ladbar und/oder entladbar.In this context is from the DE 20 2010 014 316 U1 a charging station for electrically charging at least partially electrically powered vehicles with a control unit and at least two charging units is known, the control unit being connected to the at least two charging units and at least one of the at least two charging units being connectable to the vehicle to be charged. At least one charging unit is an AC charging unit and at least one other charging unit is a DC charging unit. The vehicle can be charged and / or discharged by the AC charging unit or the DC charging unit.

Aus der US 2016/134140 A1 ist eine Ladestation bekannt mit einem Gehäuse, das einen inneren Teil und mindestens eine bewegliche Platte zum Einschließen des inneren Teils aufweist. Die bewegliche Platte bzw. die beweglichen Platten umfassen eine Energie aufnehmende Komponente und sind zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar. In der ersten Position ist die Energie aufnehmende Komponente einer externen Energiequelle ausgesetzt. In der zweiten Position ist die Energie aufnehmende Komponente in dem inneren Abschnitt des Gehäuses eingeschlossen.From the US 2016/134140 A1 a charging station is known with a housing which has an inner part and at least one movable plate for enclosing the inner part. The movable plate or plates comprise an energy-absorbing component and are movable between a first position and a second position. In the first position, the energy absorbing component is exposed to an external energy source. In the second position, the energy absorbing component is enclosed in the inner portion of the housing.

Die US 2004/169489 A1 betrifft stationäre und an Bord befindliche Batterieladegeräte, Verfahren zum Laden von Batterien, Ladegeräte für elektrische Fahrzeuge und Fahrzeuge mit Ladegeräten, einschließlich Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge. Ladegeräte können automatisch die korrekte Batteriespannung für verschiedene Batterietypen bereitstellen. Ladegeräte haben variable AC-Netzteile, die von digitalen Controllern, Trenntransformatoren und Gleichrichtern gesteuert werden. Transformatoren können folienartig sein und eine Kupferfolie aufweisen. Stromversorgungen können frequenzvariable Generatoren sein und die Steuerungen können die Frequenz steuern. Ladegeräte für Elektrofahrzeuge können Kartenleser haben, und Fahrzeuge können Batterien und ein Ladegerät haben. Ladeverfahren umfassen das Identifizieren des Batterietyps und das allmähliche Erhöhen des Stroms mit verschiedenen Erhöhungsraten, während die Ladespannung, der Ladestrom oder beide überwacht werden, bis ein aktueller Maximalwert erreicht ist. Das Laden kann bei konstantem Strom und dann bei konstanter Spannung erfolgen.The US 2004/169489 A1 relates to stationary and on-board battery chargers, methods for charging batteries, chargers for electric vehicles and vehicles with chargers, including electric vehicles and hybrid electric vehicles. Chargers can automatically provide the correct battery voltage for different types of batteries. Chargers have variable AC power supplies that are controlled by digital controllers, isolating transformers and rectifiers. Transformers can be foil-like and have a copper foil. Power supplies can be variable frequency generators and the controls can control the frequency. Chargers for electric vehicles can have card readers, and vehicles can have batteries and a charger. Charging methods include identifying the type of battery and gradually increasing the current at various rates of increase while monitoring the charging voltage, charging current, or both, until a current maximum value is reached. Charging can take place at constant current and then at constant voltage.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung für eine Ladeeinrichtung zum Laden eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb mit Gleichstrom sowie eine Ladeeinrichtung mit einer solchen Messeinrichtung, jeweils der oben genannten Art, anzugeben, die eine einfache und effiziente Bestimmung von Ladestrom und Ladespannung an der Verbindungseinrichtung ermöglichen.Based on the above-mentioned prior art, the invention is therefore based on the object of specifying a measuring device for a charging device for charging a vehicle with an electric drive with direct current and a charging device with such a measuring device, each of the above-mentioned type, which is simple and enable efficient determination of charging current and charging voltage at the connection device.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist somit eine Messeinrichtung für eine Ladeeinrichtung zum Laden eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb mit Gleichstrom angegeben, wobei die Ladeeinrichtung eine elektrische Verbindungseinrichtung zum Verbinden mit dem elektrischen Fahrzeug aufweist. Die Messeinrichtung umfasst eine Strommesseinrichtung mit einem Shunt zum Messen eines Ladestroms durch die Verbindungseinrichtung, und eine Spannungsmesseinrichtung zum Messen einer Ladespannung an der Verbindungseinrichtung, wobei die Messeinrichtung im Bereich der Strommesseinrichtung, insbesondere eines internen DC/DC-Wandlers, eine elektromagnetische Schirmeinrichtung aufweist.
Erfindungsgemäß ist außerdem eine Ladeeinrichtung zum Laden eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb mit Gleichstrom angegeben, wobei die Ladeeinrichtung eine elektrische Verbindungseinrichtung zum Verbinden mit dem elektrischen Fahrzeug und eine obige Messeinrichtung aufweist, und die Messeinrichtung zum Messen eines Ladestroms durch die Verbindungseinrichtung und einer Ladespannung an der Verbindungseinrichtung angeordnet ist.According to the invention, a measuring device for a charging device for charging a vehicle with an electric drive with direct current is thus specified, the charging device having an electrical connection device for connecting to the electric vehicle. The measuring device comprises a current measuring device with a shunt for measuring a charging current through the connecting device, and a voltage measuring device for measuring a charging voltage at the connecting device, the measuring device having an electromagnetic shielding device in the area of the current measuring device, in particular an internal DC / DC converter.
According to the invention, a charging device for charging a vehicle with an electric drive with direct current is also specified, the charging device having an electrical connecting device for connecting to the electric vehicle and an above measuring device, and the measuring device for measuring a charging current through the connecting device and a charging voltage at the Connection device is arranged.

Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, eine Bestimmung von durch die Verbindungseinrichtung übertragene Energie dadurch zu vereinfachen und zuverlässig zu gestalten, dass eine Schirmung der Strommesseinrichtung erfolgt, um EMV-Anforderungen zu erfüllen. Wie sich durch Tests, beispielsweise einen Abschirmtest mit einer Metallfolie, herausgestellt hat, erzeugt die Strommesseinrichtung, insbesondere deren interner DC/DC-Wandler, einen relevanten Teil elektromagnetischer Abstrahlung, auf der Störungen der Messeinrichtung insgesamt basieren. Deshalb kann die Zuverlässigkeit der Messeinrichtung durch die Schirmung im Bereich der Strommesseinrichtung, insbesondere des internen DC/DC-Wandlers, verbessert werden. Eine Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung wird also bereits am Ort ihrer Entstehung verhindert. Die Schirmeinrichtung kann dabei flächig ausgeführt sein, um den Bereich der Strommesseinrichtung abzudecken und die Schirmung zu bewirken. Dabei kann die Schirmeinrichtung netzartig oder mit Löchern ausgeführt sein, um die Schirmeinrichtung mit möglichst wenig Material bereitstellen zu können.The basic idea of the present invention is therefore to determine the energy transmitted through the connecting device Simplify and design reliably that the current measuring device is shielded in order to meet EMC requirements. As has been shown by tests, for example a shielding test with a metal foil, the current measuring device, in particular its internal DC / DC converter, generates a relevant part of electromagnetic radiation on which disturbances of the measuring device as a whole are based. Therefore, the reliability of the measuring device can be improved by the shielding in the area of the current measuring device, in particular the internal DC / DC converter. The spread of electromagnetic radiation is thus prevented at the point where it is generated. The shielding device can be made flat to cover the area of the current measuring device and to effect the shielding. In this case, the shielding device can be designed like a net or with holes in order to be able to provide the shielding device with as little material as possible.

Die Ladeeinrichtung ist beispielsweise eine Ladesäule zum Laden des Fahrzeugs. Das Fahrzeug kann dabei ausschließlich einen elektrischen Antrieb aufweisen, oder als sogenanntes Hybridfahrzeug einen zusätzlichen Antrieb aufweisen. Die Ladeeinrichtung umfasst typischerweise zwei Stromleiter zur Übertragung des Gleichstroms. In einem Stromleiter ist der Shunt angeordnet, so dass der Ladestrom dadurch fließt, und die Ladespannung liegt zwischen den beiden Leitern an.The charging device is, for example, a charging station for charging the vehicle. The vehicle can have only an electric drive, or an additional drive as a so-called hybrid vehicle. The charging device typically comprises two current conductors for the transmission of the direct current. The shunt is arranged in a current conductor, so that the charging current flows through it, and the charging voltage is present between the two conductors.

Die Messeinrichtung umfasst die Strommesseinrichtung und die Spannungsmesseinrichtung, so dass darauf basierend eine über die Verbindungseinrichtung übertragene Energiemenge einfach bestimmt werden kann. Durch die Anbringung an bzw. in der Verbindungseinrichtung wird sichergestellt, dass eine zum Laden an das jeweilige Fahrzeug abgegebene Energiemenge korrekt bestimmt werden kann.The measuring device comprises the current measuring device and the voltage measuring device, so that based on this an amount of energy transmitted via the connecting device can be easily determined. The attachment to or in the connecting device ensures that an amount of energy delivered to the respective vehicle for charging can be correctly determined.

Die Messeinrichtung kann für den Betrieb der Strommesseinrichtung wie auch der Spannungsmesseinrichtung eine Energieversorgungseinrichtung umfassen. Die Energieversorgungseinrichtung stellt dazu typischerweise ausgangsseitig einen konstanten Gleichspannungspegel zur Verfügung. Eingangsseitig kann die Energieversorgungseinrichtung von den Stromleitern gespeist werden. Alternativ kann die Energieversorgungseinrichtung durch eine externe Energiequelle gespeist werden. Die Energieversorgungsvorrichtung ist vorzugsweise Teil der Strommesseinrichtung. Die Energieversorgungsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen DC/DC-Wandler zur Wandlung einer Versorgungsgleichspannung in eine interne Betriebsgleichspannung.The measuring device can comprise an energy supply device for operating the current measuring device as well as the voltage measuring device. For this purpose, the energy supply device typically provides a constant DC voltage level on the output side. On the input side, the energy supply device can be fed by the current conductors. Alternatively, the energy supply device can be powered by an external energy source. The energy supply device is preferably part of the current measuring device. The energy supply device preferably comprises a DC / DC converter for converting a DC supply voltage into an internal DC operating voltage.

Die Messeinrichtung kann eine Datenschnittstelle aufweisen, über die bei der Strom- und Spannungsmessung ermittelte Werte übertragen werden können. Die Datenschnittstelle kann beispielsweise zur Verbindung mit einem CAN-Bus ausgeführt sein. Aus den von der Messeinrichtung gelieferten Werten für Strom und Spannung kann eine beim Laden an das Fahrzeug über die Verbindungseinrichtung übertragene Energiemenge ermittelt werden.The measuring device can have a data interface, via which values determined during the current and voltage measurement can be transmitted. The data interface can, for example, be designed for connection to a CAN bus. From the values for current and voltage supplied by the measuring device, an amount of energy transmitted to the vehicle during charging can be determined via the connecting device.

Der Shunt wird in den ersten Stromleiter montiert und so in diesen eingebracht und kann darüber hinaus durch das Einbringen in den ersten Stromleiter daran gehalten werden. Die Strommesseinrichtung umfasst den Shunt als Messwiderstand, der einen sehr kleinen Widerstandswert von typischerweise weniger als einem Ohm aufweist. Eine genaue Kenntnis des Widerstandswerts des Shunts ermöglicht eine exakte Bestimmung eines Stroms durch den Shunt. Der Ladestrom kann bestimmt werden, indem die Spannung über dem Shunt gemessen wird, wobei die Spannung prinzipiell proportional zu dem Ladestrom ist. Beispielsweise können Ströme in einem Bereich von +/-500 A mit einem Fehler von 0,4% über den Shunt sehr genau bestimmt werden. Durch die Strommessung mit dem Shunt ist die Messung gut gegen externe elektromagnetische Felder geschützt. The shunt is mounted in the first conductor and thus inserted into it and can also be held on it by inserting it into the first conductor. The current measuring device comprises the shunt as a measuring resistor, which has a very small resistance value of typically less than one ohm. A precise knowledge of the resistance value of the shunt enables an exact determination of a current through the shunt. The charging current can be determined by measuring the voltage across the shunt, the voltage being in principle proportional to the charging current. For example, currents in a range of +/- 500 A with an error of 0.4% can be determined very precisely via the shunt. By measuring the current with the shunt, the measurement is well protected against external electromagnetic fields.

Die Strommessung mit dem Shunt bietet damit Vorteile gegenüber Messungen von Magnetfeldern mit Hall-Sensoren in z.B. LEM-Wandlern. Diese sind meist groß und müssen den Stromleiter umgreifen. Die Messeinrichtung kann somit auch ohne bewegliche Teile bereitgestellt werden, wodurch sie vor Verschleiß geschützt ist.Current measurement with the shunt thus offers advantages over measurements of magnetic fields with Hall sensors in e.g. LEM converters. These are usually large and have to grip around the conductor. The measuring device can thus also be provided without moving parts, as a result of which it is protected against wear.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die elektromagnetische Schirmeinrichtung aus einem Metall mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit hergestellt, insbesondere aus Kupfer, Zink oder Aluminium. Auch Messing weist eine geeignete Leitfähigkeit auf. Entsprechende Metalle bzw. Legierungen sind kostengünstig verfügbar und darüber hinaus gut und einfach formbar, um die elektromagnetische Schirmeinrichtung an eine gewünschte Form anzupassen und eine zuverlässige Schirmung im Bereich der Strommesseinrichtung zu bewirken.In an advantageous embodiment of the invention, the electromagnetic shielding device is made of a metal with good electrical conductivity, in particular of copper, zinc or aluminum. Brass also has a suitable conductivity. Corresponding metals or alloys are available inexpensively and, moreover, can be shaped well and easily in order to adapt the electromagnetic shielding device to a desired shape and to effect reliable shielding in the area of the current measuring device.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die elektromagnetische Schirmeinrichtung als Metallfolie ausgeführt. Die Metallfolie ermöglicht eine einfache Anpassung an eine gewünschte Form. Die Metallfolie kann eine sehr geringe Dicke aufweisen und ist einfach formbar, um die elektromagnetische Schirmeinrichtung an eine gewünschte Form anzupassen und eine zuverlässige Schirmung im Bereich der Strommesseinrichtung zu bewirken.In an advantageous embodiment of the invention, the electromagnetic shielding device is designed as a metal foil. The metal foil enables easy adaptation to a desired shape. The metal foil can have a very small thickness and can be easily shaped in order to adapt the electromagnetic shielding device to a desired shape and to effect reliable shielding in the area of the current measuring device.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die elektromagnetische Schirmeinrichtung mit einer Masse der Messeinrichtung verbunden. Durch die Verbindung mit der Masse kann die Schirmwirkung der elektromagnetischen Schirmeinrichtung verbessert werden. Elektromagnetische Strahlung kann effizient absorbiert werden, und daraus resultierende Ladungsverschiebungen können über die Verbindung mit der Masse problemlos erfolgen. Die Messeinrichtung kann einen Kontakt des Shunts als Massepotential verwenden. Insbesondere wird eine negative Seite des Shunts als Massepotential verwendet.In an advantageous embodiment of the invention, the electromagnetic shielding device is connected to a mass of the measuring device. By connecting to the crowd, the Shielding effect of the electromagnetic shielding device can be improved. Electromagnetic radiation can be absorbed efficiently, and resulting charge shifts can easily be made through connection to the mass. The measuring device can use a contact of the shunt as a ground potential. In particular, a negative side of the shunt is used as the ground potential.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die elektromagnetische Schirmeinrichtung eine Röhrenform auf, und die Schirmeinrichtung umschließt die Strommesseinrichtung, insbesondere den internen DC/DC-Wandler, zumindest teilweise. Die elektromagnetische Schirmeinrichtung kann dabei prinzipiell beliebige Querschnitte aufweisen, um die Strommesseinrichtung zu umschließen. Dabei ist die Röhrenform vorzugsweise so gewählt, dass die elektromagnetische Schirmeinrichtung einen möglichst geringen Abstand zu der Strommesseinrichtung aufweist.In an advantageous embodiment of the invention, the electromagnetic shielding device has a tubular shape, and the shielding device at least partially surrounds the current measuring device, in particular the internal DC / DC converter. The electromagnetic shielding device can in principle have any cross-sections in order to enclose the current measuring device. The tube shape is preferably selected so that the electromagnetic shielding device is as close as possible to the current measuring device.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Strommesseinrichtung, insbesondere der interne DC/DC-Wandler, auf einer Leiterplatte angeordnet ist, und die elektromagnetische Schirmeinrichtung ist als Abdeckung auf der Leiterplatte ausgeführt und mit dieser verbunden, insbesondere über Masse. Die Leiterplatte kann dabei zusätzlich als Schirmung wirken, so dass eine Schirmung in allen Richtungen erfolgt. Vorzugsweise ist die elektromagnetische Schirmeinrichtung als Abdeckung der Strommesseinrichtung bzw. eines Teils davon, insbesondere ihres DC/DC-Wandlers, ausgeführt, um diese zuverlässig zu schirmen.In an advantageous embodiment of the invention, the current measuring device, in particular the internal DC / DC converter, is arranged on a printed circuit board, and the electromagnetic shielding device is designed as a cover on the printed circuit board and connected to it, in particular via ground. The circuit board can also act as a shield, so that shielding takes place in all directions. The electromagnetic shielding device is preferably designed as a cover for the current measuring device or a part thereof, in particular its DC / DC converter, in order to reliably shield it.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die elektromagnetische Schirmeinrichtung ein Plattenelement oder mehrere elektrisch verbundene Plattenelemente auf. Plattenelemente können einfach hergestellt werden. Plattenelemente sind beispielsweise Bleche aus einem elektrisch leitfähigen Material. Ein Plattenelement kann beispielsweise beabstandet zu der Strommesseinrichtung gehalten sein, um diese zu überdecken. Eine Mehrzahl elektrisch verbundener Plattenelemente kann kombiniert werden, um die Messeinrichtung im Bereich der Strommesseinrichtung teilweise oder vollständig zu umgeben.In an advantageous embodiment of the invention, the electromagnetic shielding device has one plate element or a plurality of electrically connected plate elements. Plate elements can be easily manufactured. Plate elements are, for example, sheets made of an electrically conductive material. A plate element can, for example, be held at a distance from the current measuring device in order to cover it. A plurality of electrically connected plate elements can be combined in order to partially or completely surround the measuring device in the area of the current measuring device.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umschließt bzw. überdeckt die elektromagnetische Schirmeinrichtung einen internen DC/DC-Wandler der Strommesseinrichtung vollständig. Dies bewirkt eine zuverlässige Abschirmung des DC/DC-Wandlers der Strommesseinrichtung. Insbesondere ein Spannungsmesser zum Messen der Spannung über dem Shunt umfasst eine erforderliche Beschaltung, um den Spannungsmesser zu betreiben und Messwerte auszulesen und auszugeben. Wie sich in der Praxis gezeigt hat, ist der Spannungsmesser besonders anfällig in Bezug auf elektromagnetische Strahlung. Durch die elektromagnetische Schirmeinrichtung kann somit von dem internen DC/DC-Wandler der Strommesseinrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung zuverlässig geschirmt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the electromagnetic shielding device completely encloses or covers an internal DC / DC converter of the current measuring device. This ensures reliable shielding of the DC / DC converter of the current measuring device. In particular, a voltmeter for measuring the voltage across the shunt comprises the necessary circuitry to operate the voltmeter and to read and output measured values. As has been shown in practice, the voltmeter is particularly susceptible to electromagnetic radiation. Electromagnetic radiation generated by the internal DC / DC converter of the current measuring device can thus be reliably shielded by the electromagnetic shielding device.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Messeinrichtung ein Gehäuse auf, in dem die Strommesseinrichtung, insbesondere mit einem internen DC/DC Wandler, und die Spannungsmesseinrichtung angeordnet sind, und die elektromagnetische Schirmeinrichtung umgibt das Gehäuse im Bereich der Strommesseinrichtung, insbesondere im Bereich des DC/DC-Wandlers, zumindest teilweise. Die Schirmung im Bereich der Strommesseinrichtung, insbesondere des internen DC/DC-Wandlers, erfolgt also außenliegend. Eingriffe innerhalb des Gehäuses sind nicht erforderlich. Somit kann die elektromagnetische Schirmeinrichtung beispielsweise einfach bei bestehenden Messeinrichtungen nachgerüstet werden.In an advantageous embodiment of the invention, the measuring device has a housing in which the current measuring device, in particular with an internal DC / DC converter, and the voltage measuring device are arranged, and the electromagnetic shielding device surrounds the housing in the area of the current measuring device, in particular in the area of the DC / DC converter, at least in part. The shielding in the area of the current measuring device, in particular the internal DC / DC converter, is therefore external. Interventions within the housing are not necessary. The electromagnetic shielding device can thus be easily retrofitted, for example, to existing measuring devices.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Ladeeinrichtung eine Auswerteeinheit auf, die über einen Datenbus mit der Messeinrichtung verbunden ist, und die Auswerteeinheit ist ausgeführt, basierend auf mit der Messeinrichtung gemessenen Strömen und Spannungen eine übertragene Energiemenge zu ermitteln. Die Auswerteeinheit ist zur Schraubbefestigung an der Ladeeinrichtung ausgeführt. Dadurch kann auch die Auswerteeinheit einfach montiert werden. Die Auswerteeinheit kann die übertragene Energiemenge zu Abrechnungszwecken bestimmen. Zusätzlich kann die übertragene Energiemenge beispielsweise über eine Anzeigevorrichtung angezeigt oder auf andere Weise an der Ladeeinrichtung ausgegeben werden. Der Datenbus kann beispielsweise als an sich bekannter CAN-Bus ausgeführt sein. Die Auswerteeinheit kann zusätzlich eine Anzeigevorrichtung beispielsweise zur Anzeige einer übertragenen Energiemenge aufweisen.In an advantageous embodiment of the invention, the charging device has an evaluation unit which is connected to the measuring device via a data bus, and the evaluation unit is designed to determine a transmitted amount of energy based on currents and voltages measured with the measuring device. The evaluation unit is designed for screw fastening to the charging device. This means that the evaluation unit can also be easily installed. The evaluation unit can determine the amount of energy transferred for billing purposes. In addition, the amount of energy transferred can be displayed, for example, on a display device or can be output in some other way on the charging device. The data bus can be designed, for example, as a known CAN bus. The evaluation unit can additionally have a display device, for example for displaying a transferred amount of energy.

Alternativ kann die Auswerteeinheit integral mit der Messeinrichtung ausgeführt sein. Alternatively, the evaluation unit can be embodied integrally with the measuring device.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die elektrische Verbindungseinrichtung zum kabellosen Verbinden mit dem elektrischen Fahrzeug ausgeführt. Dies ist sehr komfortabel für die Handhabung, da das Fahrzeug nicht mechanisch mit der Ladeeinrichtung verbunden werden muss, so dass auch kurze Stillstände, beispielsweise an einer roten Ampel, zum Laden des Fahrzeugs verwendet werden können. Allerdings können Energieverluste bei der Übertragung der Energie von der Verbindungseinrichtung zu dem elektrischen Fahrzeug auftreten.In an advantageous embodiment of the invention, the electrical connection device is designed for wireless connection to the electric vehicle. This is very convenient for handling, since the vehicle does not have to be mechanically connected to the charging device, so that even short standstills, for example at a red traffic light, can be used to charge the vehicle. However, energy losses can occur during the transmission of the energy from the connection device to the electric vehicle.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die elektrische Verbindungseinrichtung ein Ladekabel zum Verbinden mit dem elektrischen Fahrzeug. Das Ladekabel ermöglicht eine effiziente Übertragung auch von großen Energien, d.h. eine Verwendung von großen Ladeströmen und/oder großen Ladespannungen. Standardisierte Ladestecker zur Verbindung der Ladekabel mit den Fahrzeugen sind als solche bekannt. In an advantageous embodiment of the invention, the electrical connection device comprises a charging cable for connecting to the electrical vehicle. The charging cable enables efficient transmission of large energies, ie the use of large charging currents and / or large charging voltages. Standardized charging plugs for connecting the charging cable to the vehicles are known as such.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.In the following, the invention is explained by way of example with reference to the attached drawings using preferred exemplary embodiments, the features shown below being able to represent an aspect of the invention both individually and in combination.

Es zeigen:

  • 1: eine schematische Darstellung einer Schnellladesäule zum Schnellladen einer Batterie eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht,
  • 2: eine Darstellung einer Messeinrichtung zum Schnellladen einer Batterie eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform zusammen mit einer Auswerteeinheit in einer Draufsicht,
  • 3: eine funktionale Darstellung eines Innenbereichs der Messeinrichtung aus 2 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
  • 4: eine Innenansicht der Messeinrichtung aus 2 mit Strommesseinrichtung und Spannungsmesseinrichtung, die auf einer Leiterplatte gemeinsam angeordnet sind, in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
  • 5: eine Außenansicht der Messeinrichtung aus 2 mit Strommesseinrichtung und Spannungsmesseinrichtung sowie einer elektromagnetischen Schirmvorrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
  • 6: eine Kurve eines elektrischen Feldstärkepegels mit einer Messeinrichtung aus dem Stand der Technik mit verschiedenen Frequenzbestandteilen,
  • 7: eine Kurve eines elektrischen Feldstärkepegels mit der Messeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels mit verschiedenen Frequenzbestandteilen mit elektromagnetischer Schirmvorrichtung,
  • 8: eine Kurve eines elektrischen Feldstärkepegels mit verschiedenen Frequenzbestandteilen gemäß einer zweiten Ausführungsform,
  • 9: eine Innenansicht einer Messeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Ansicht von einer ersten Längsseite,
  • 10: eine Innenansicht der Messeinrichtung der zweiten Ausführungsform in einer Ansicht von Ihrer zweiten Längsseite, und
  • 11: eine perspektivische Ansicht einer Schirmeinrichtung der Messeinrichtung der zweiten Ausführungsform.
Show it:
  • 1 1 shows a schematic illustration of a quick charging column for quick charging a battery of a vehicle with an electric drive according to a first preferred embodiment in a perspective view,
  • 2nd 1 shows a top view of a measuring device for fast charging a battery of a vehicle with an electric drive according to a first preferred embodiment, together with an evaluation unit,
  • 3rd : a functional representation of an interior of the measuring device 2nd in accordance with the first embodiment,
  • 4th : an interior view of the measuring device from 2nd with current measuring device and voltage measuring device, which are arranged together on a printed circuit board, in accordance with the first embodiment,
  • 5 : an external view of the measuring device from 2nd with current measuring device and voltage measuring device and an electromagnetic shielding device in accordance with the first embodiment,
  • 6 : a curve of an electrical field strength level with a measuring device from the prior art with different frequency components,
  • 7 a curve of an electrical field strength level with the measuring device of the first embodiment with different frequency components with an electromagnetic shielding device,
  • 8th a curve of an electric field strength level with different frequency components according to a second embodiment,
  • 9 an interior view of a measuring device according to a second embodiment in a view from a first long side,
  • 10th : An inside view of the measuring device of the second embodiment in a view from its second longitudinal side, and
  • 11 a perspective view of a screen device of the measuring device of the second embodiment.

Die 1 bis 5 betreffen eine erfindungsgemäße Ladeeinrichtung 10 zum Schnellladen einer Batterie eines Fahrzeugs gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform. Die Ladeeinrichtung 10 ist hier als Ladesäule 10 ausgeführt.The 1 to 5 relate to a charging device according to the invention 10th for rapidly charging a battery of a vehicle according to a first preferred embodiment. The charger 10th is here as a charging station 10th executed.

Die Ladesäule 10 umfasst einen Grundkörper 11 und eine Verbindungseinrichtung 12 zum Verbinden mit einer Batterie eines hier nicht dargestellten Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb. Die Verbindungseinrichtung 12 umfasst ein Ladekabel 14, das in diesem Ausführungsbeispiel an seinem freien Ende mit einem Ladestecker 16 nach dem Standard Combined Charging System (CCS) Combo Typ 2 ausgeführt ist. Der Ladestecker 16 ist bei Nichtbenutzung in einem Halter 18 der Ladesäule 10 gehalten. Bei Benutzung wird das Ladekabel 14 mit dem Ladestecker 16 elektrisch mit dem zu ladenden Fahrzeug verbunden.The charging station 10th comprises a basic body 11 and a connector 12 for connecting to a battery of a vehicle, not shown here, with an electric drive. The connection device 12 includes a charging cable 14 , in this embodiment at its free end with a charging plug 16 according to the Standard Combined Charging System (CCS) combo type 2nd is executed. The charging plug 16 is in a holder when not in use 18th the charging station 10th held. When used, the charging cable 14 with the charging plug 16 electrically connected to the vehicle to be charged.

Die Ladesäule 10 umfasst weiterhin eine in 2 dargestellte Messeinrichtung 20 zur Messung eines Ladestroms und einer Ladespannung an dem Ladekabel 14. In 2 sind zwei Stromleiter 22, 24 dargestellt, die mit dem Ladekabel 14 auf nicht dargestellte Weise verbunden sind.The charging station 10th also includes an in 2nd shown measuring device 20th for measuring a charging current and a charging voltage on the charging cable 14 . In 2nd are two conductors 22 , 24th shown with the charging cable 14 are connected in a manner not shown.

Die Messeinrichtung 20 weist weiter ein umschließendes Gehäuse 28 auf. Das Gehäuse 28 ist vorliegend aus einem nicht elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem Kunststoffmaterial, ausgeführt.The measuring device 20th also has an enclosing housing 28 on. The housing 28 is in the present case made of a non-electrically conductive material, for example a plastic material.

Die Messeinrichtung 20 weist eine Datenschnittstelle 30 auf, über die bei der Strom- und Spannungsmessung ermittelte Werte übertragen werden. Die Datenschnittstelle 30 ist zur Verbindung mit einem Datenbus 32 ausgeführt. Der Datenbus 32 ist hier als CAN-Bus 32 ausgeführt.The measuring device 20th has a data interface 30th , via which the values determined during the current and voltage measurement are transmitted. The data interface 30th is for connection to a data bus 32 executed. The data bus 32 is here as a CAN bus 32 executed.

In dem Gehäuse 28 der Messeinrichtung 20 sind eine Strommesseinrichtung 34, eine Spannungsmesseinrichtung 36 und eine hier nicht dargestellte Energieversorgungseinrichtung aufgenommen. Die Energieversorgungseinrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel integral mit der Strommesseinrichtung 34 ausgeführt und umfasst insbesondere einen nicht dargestellten DC/DC-Wandler. Die Spannungsmesseinrichtung 36 dient zum Messen einer Ladespannung zwischen den Stromleitern 22, 24. Die Energieversorgungseinrichtung versorgt die Strommesseinrichtung 34 wie auch die Spannungsmesseinrichtung 36. Die Energieversorgungseinrichtung stellt dazu typischerweise ausgangsseitig einen konstanten Gleichspannungspegel zur Verfügung. Eingangsseitig wird die Energieversorgungseinrichtung von den Stromleitern 22, 24 gespeist.In the case 28 the measuring device 20th are a current measuring device 34 , a voltage measuring device 36 and added an energy supply device, not shown here. In this exemplary embodiment, the energy supply device is integral with the current measuring device 34 executed and includes in particular a DC / DC converter, not shown. The voltage measuring device 36 serves for Measure a charge voltage between the conductors 22 , 24th . The energy supply device supplies the current measuring device 34 as well as the voltage measuring device 36 . For this purpose, the energy supply device typically provides a constant DC voltage level on the output side. On the input side, the power supply device is provided by the current conductors 22 , 24th fed.

Die Strommesseinrichtung 34 umfasst im Detail einen Shunt 38 und einen Spannungsmesser 40 zum Messen einer Spannung an dem Shunt 38. Der Shunt 38 ist in einen ersten Stromleiter 22 eingebracht, so dass der Ladestrom der Verbindungseinrichtung 12 durch den Shunt 38 fließt. Der Shunt 38 dient in der Strommesseinrichtung 34 als Messwiderstand, der einen sehr kleinen Widerstandswert von typischerweise weniger als einem Ohm aufweist. Basierend auf dem Widerstandswert des Shunts 38 und der über dem Shunt 38 mit dem Spannungsmesser 40 gemessen Spannung kann in der Strommesseinrichtung 34 der Ladestrom durch den ersten Stromleiter 22 exakt bestimmt werden. Die Spannung an dem Shunt 38 ist dabei prinzipiell proportional zu dem Ladestrom.The current measuring device 34 includes a shunt in detail 38 and a voltmeter 40 for measuring a voltage on the shunt 38 . The shunt 38 is in a first conductor 22 introduced so that the charging current of the connection device 12 through the shunt 38 flows. The shunt 38 serves in the current measuring device 34 as a measuring resistor, which has a very small resistance value of typically less than one ohm. Based on the resistance value of the shunt 38 and the one over the shunt 38 with the voltmeter 40 voltage can be measured in the current measuring device 34 the charging current through the first conductor 22 can be determined exactly. The tension on the shunt 38 is in principle proportional to the charging current.

Die Messeinrichtung 20 ist mit einer internen Masse ausgeführt, die mit einem negativen Potential des Shunts 38 verbunden ist.The measuring device 20th is designed with an internal ground that has a negative potential of the shunt 38 connected is.

An dem Shunt 38 sind Kontaktelemente 42 zur Verbindung des Shunts 38 mit einem ersten Stromleiter 22 ausgebildet. Die Kontaktelemente 42 sind hier als Metallstreifen mit Durchgangslöchern 44 ausgeführt und aus dem Gehäuse 28 geführt, wie in 2 dargestellt ist. Die Verbindung der Kontaktelemente 42 mit dem ersten Stromleiter 22 erfolgt jeweils mit einer Schraubverbindung 48. Dazu wird eine Schraube 50 durch die jeweiligen Durchgangslöcher 44 der Kontaktelemente 42 geführt und mit dem ersten Stromleiter 22 verschraubt. Dazu sind in dem ersten Stromleiter 22 Durchgangsöffnungen ausgebildet, die in den Figuren nicht dargestellt sind, durch welches die Schrauben 50 geführt und mit einer ebenfalls nicht dargestellten Mutter gesichert sind.On the shunt 38 are contact elements 42 to connect the shunt 38 with a first conductor 22 educated. The contact elements 42 are here as metal strips with through holes 44 executed and out of the housing 28 led as in 2nd is shown. The connection of the contact elements 42 with the first conductor 22 each with a screw connection 48 . This will be a screw 50 through the respective through holes 44 of the contact elements 42 led and with the first conductor 22 screwed. For this are in the first conductor 22 Through openings formed, which are not shown in the figures, through which the screws 50 guided and secured with a mother, also not shown.

Wie in 4 dargestellt ist, sind die Strommesseinrichtung 34 und die Spannungsmesseinrichtung 36 auf einer gemeinsamen Leiterplatte 52 angeordnet. Der Shunt 38 ist außerdem in der Leiterpatte 52 eingebettet. Die Kontaktelemente 42 sind auf nicht explizit dargestellte Weise mit dem Shunt 38 elektrisch verbunden.As in 4th is shown are the current measuring device 34 and the voltage measuring device 36 on a common circuit board 52 arranged. The shunt 38 is also in the circuit board 52 embedded. The contact elements 42 are with the shunt in a way that is not explicitly shown 38 electrically connected.

An einem Rand der Leiterplatte 52 sind mehrere elektrische Steckverbinderaufnahmen 54 angeordnet. Die Spannungsmesseinrichtung 36 ist ausgeführt, die Ladespannung an der Verbindungseinrichtung 12 zwischen der jeweiligen Steckverbinderaufnahme 54 und einem Potential an dem Shunt 38 zu messen.On one edge of the circuit board 52 are several electrical connector receptacles 54 arranged. The voltage measuring device 36 is executed, the charging voltage at the connecting device 12 between the respective connector receptacle 54 and a potential at the shunt 38 to eat.

Die Messeinrichtung 20 umfasst ebenfalls ein elektrisch leitendes Verbindungselement 46 zur elektrischen Verbindung der Spannungsmesseinrichtung 36 mit einem zweiten Stromleiter 24. Das Verbindungselement 46 ist als metallisches Blechelement 46 ausgeführt.The measuring device 20th also comprises an electrically conductive connecting element 46 for the electrical connection of the voltage measuring device 36 with a second conductor 24th . The connecting element 46 is a metallic sheet metal element 46 executed.

Das elektrische Verbindungselement 46 geht in diesem Ausführungsbeispiel in ein Kabel 70 über, an dessen Ende ein Steckverbinder 72 zur steckenden Verbindung mit einer der Steckverbinderaufnahmen 54 auf der Leiterplatte 52 angeordnet ist, wie in 5 dargestellt ist.The electrical connector 46 goes into a cable in this embodiment 70 over, at the end of a connector 72 for plug connection with one of the connector receptacles 54 on the circuit board 52 is arranged as in 5 is shown.

Das elektrische Verbindungselement 46 weist an seinem freien Ende ein Durchgangsloch zum Herstellen einer Schraubverbindung 56 mit dem zweiten Stromleiter 24 auf. Die Schraubverbindung 56 wird hergestellt, wie oben entsprechend für die Anbringung des Shunts 38 an dem ersten Stromleiter 22 beschrieben wurde.The electrical connector 46 has a through hole at its free end for producing a screw connection 56 with the second conductor 24th on. The screw connection 56 is made as above for attaching the shunt 38 on the first conductor 22 has been described.

Die Ladeeinrichtung 10 weist außerdem eine Auswerteeinheit 58 auf, die über den Datenbus 32 mit der Messeinrichtung 20 verbunden ist. Die Auswerteeinheit 58 ist ausgeführt, mit der Messeinrichtung 20 gemessene Ströme und Spannungen zu empfangen und darauf basierend eine übertragene Energiemenge zu ermitteln. Die Auswerteeinheit 58 umfasst eine Anzeigevorrichtung 60, mit der die übertragene Energiemenge angezeigt wird. Die Auswerteeinheit 58 umfasst ein Gehäuse 62, in dem eine Funktionselektronik und die Anzeigevorrichtung 60 angeordnet sind. Die Auswerteeinheit 58 ist auf nicht dargestellte Weise zur Schraubbefestigung an der Ladeeinrichtung 10 ausgeführt.The charger 10th also has an evaluation unit 58 on that over the data bus 32 with the measuring device 20th connected is. The evaluation unit 58 is carried out with the measuring device 20th to receive measured currents and voltages and to determine a transferred amount of energy based thereon. The evaluation unit 58 includes a display device 60 , which is used to display the amount of energy transferred. The evaluation unit 58 includes a housing 62 , in which a functional electronics and the display device 60 are arranged. The evaluation unit 58 is in a manner not shown for screw attachment to the charging device 10th executed.

Die Strommesseinrichtung 34 und die Spannungsmesseinrichtung 36 sind in einem internen Gehäuse 64 der Messeinrichtung 20 angeordnet, wie in 5 dargestellt ist. Um das interne Gehäuse 64 ist im Bereich der Strommesseinrichtung 34 eine elektromagnetische Schirmeinrichtung 66 angeordnet. Die elektromagnetische Schirmeinrichtung 66 weist eine Röhrenform auf und umgibt das interne Gehäuse 64 im Bereich der Strommesseinrichtung 34 und umschließt diese. Dadurch wird der Spannungsmesser 40 der Strommesseinrichtung 34 vollständig von der elektromagnetischen Schirmeinrichtung 66 umgeben.The current measuring device 34 and the voltage measuring device 36 are in an internal housing 64 the measuring device 20th arranged as in 5 is shown. To the internal case 64 is in the area of the current measuring device 34 an electromagnetic shielding device 66 arranged. The electromagnetic shielding device 66 has a tubular shape and surrounds the internal housing 64 in the area of the current measuring device 34 and encloses it. This will make the voltmeter 40 the current measuring device 34 completely from the electromagnetic shielding device 66 surround.

Die Röhrenform der elektromagnetischen Schirmeinrichtung 66 ist so gewählt, dass die elektromagnetische Schirmeinrichtung 66 einen möglichst geringen Abstand zu der Strommesseinrichtung 34 bzw. dem internen Gehäuse 64 aufweist. Die elektromagnetische Schirmeinrichtung 66 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Metall oder einer Legierung mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit hergestellt, beispielsweise aus Kupfer, Zink, Messing oder Aluminium. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die elektromagnetische Schirmeinrichtung 66 aus Messing gefertigt.The tubular shape of the electromagnetic shielding device 66 is selected so that the electromagnetic shielding device 66 the smallest possible distance from the current measuring device 34 or the internal housing 64 having. The electromagnetic shielding device 66 is in this Embodiment made of a metal or an alloy with good electrical conductivity, for example made of copper, zinc, brass or aluminum. In the present embodiment, the electromagnetic shield device 66 made of brass.

Die elektromagnetische Schirmeinrichtung 66 weist einen Masseanschluss 68 zur Verbindung mit der Masse der Messeinrichtung 20 auf und ist auf nicht dargestellte Weise damit verbunden.The electromagnetic shielding device 66 has a ground connection 68 for connection to the mass of the measuring device 20th and is connected to it in a manner not shown.

Die 6 und 7 zeigen jeweils Kurven eines elektrischen Feldstärkepegels einer EMV-Abstrahlung in der Messeinrichtung 20. Die Kurve aus 6 betrifft eine Messeinrichtung 20 aus dem Stand der Technik, während 7 die Messeinrichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels mit Schirmvorrichtung 66 betrifft. In einem relevanten Bereich 74 zeigt sich ein um etwa 10 dB verbesserter elektrischer Feldstärkepegel.The 6 and 7 each show curves of an electrical field strength level of an EMC radiation in the measuring device 20th . The curve out 6 relates to a measuring device 20th from the prior art, while 7 the measuring device 20th of the first embodiment with a screen device 66 concerns. In a relevant area 74 the electrical field strength level is improved by about 10 dB.

8 zeigt eine entsprechende Kurve für eine Messeinrichtung 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform, die abhängig von der Ausgestaltung der Schirmvorrichtung 66 erzielt werden kann. Es ergibt sich ein weiter verbesserter Verlauf des elektrischen Feldstärkepegels. Vorgaben der Norm EN 61000-3-6, beispielsweise in der Fassung vom Februar 2008, können somit eingehalten werden. 8th shows a corresponding curve for a measuring device 20th according to a second embodiment, which depends on the design of the screen device 66 can be achieved. This results in a further improved course of the electrical field strength level. The requirements of the standard EN 61000-3-6, for example in the version from February 2008, can thus be met.

Die 9 bis 11 betreffen eine Messeinrichtung 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Messeinrichtung 20 der zweiten Ausführungsform entspricht weitgehend der Messeinrichtung 20 der ersten Ausführungsform, so dass nachstehend im Wesentlichen Unterschiede zu der Messeinrichtung 20 der ersten Ausführungsform beschrieben werden. Details der Messeinrichtung 20 der zweiten Ausführungsform, die nicht beschrieben sind, entsprechen im Zweifel denjenigen der ersten Ausführungsform.The 9 to 11 concern a measuring device 20th according to a second embodiment of the present invention. The measuring device 20th the second embodiment largely corresponds to the measuring device 20th of the first embodiment, so that essentially differences from the measuring device 20th of the first embodiment. Details of the measuring device 20th the second embodiment, which are not described, correspond in doubt to those of the first embodiment.

Die Messeinrichtung 20 der zweiten Ausführungsform ist prinzipiell austauschbar mit der Messeinrichtung 20 der ersten Ausführungsform in der Ladeeinrichtung 10 der ersten Ausführungsform verwendbar.The measuring device 20th the second embodiment is in principle interchangeable with the measuring device 20th the first embodiment in the charging device 10th usable in the first embodiment.

Wie in den 9 und 10 dargestellt ist, weist die Messeinrichtung 20 der zweiten Ausführungsform ein umschließendes Gehäuse 28 auf. Das Gehäuse 28 ist vorliegend aus einem nicht elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem Kunststoffmaterial, ausgeführt.As in the 9 and 10th is shown, the measuring device 20th the second embodiment, an enclosing housing 28 on. The housing 28 is in the present case made of a non-electrically conductive material, for example a plastic material.

In dem Gehäuse 28 der Messeinrichtung 20 sind eine Strommesseinrichtung 34, eine Spannungsmesseinrichtung 36 und eine Energieversorgungseinrichtung aufgenommen. Die Energieversorgungseinrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel integral mit der Strommesseinrichtung 34 ausgeführt und umfasst insbesondere einen nicht dargestellten DC/DC-Wandler. Die Messeinrichtung 20 weist außerdem eine Datenschnittstelle 30 auf, über die bei der Strom- und Spannungsmessung ermittelte Werte übertragen werden. Die diesbezüglichen Details der Messeinrichtung 20 entsprechen denen der Messeinrichtung 20 der ersten Ausführungsform.In the case 28 the measuring device 20th are a current measuring device 34 , a voltage measuring device 36 and added an energy supply device. In this exemplary embodiment, the energy supply device is integral with the current measuring device 34 executed and includes in particular a DC / DC converter, not shown. The measuring device 20th also has a data interface 30th , via which the values determined during the current and voltage measurement are transmitted. The relevant details of the measuring device 20th correspond to those of the measuring device 20th the first embodiment.

Die Strommesseinrichtung 34 und die Spannungsmesseinrichtung 36 der zweiten Ausführungsform sind ebenfalls in einem internen Gehäuse 64 der Messeinrichtung 20 angeordnet, wie in den 9 und 10 dargestellt ist. Um das interne Gehäuse 64 ist im Bereich der Strommesseinrichtung 34, insbesondere des DC/DC-Wandlers, eine elektromagnetische Schirmeinrichtung 66 angeordnet. Die elektromagnetische Schirmeinrichtung 66 weist eine Röhrenform auf und umgibt das interne Gehäuse 64 im Bereich der Strommesseinrichtung 34, insbesondere des DC/DC-Wandlers, und umschließt diese. Die Schirmeinrichtung 66 ist alleine in 11 gezeigt.The current measuring device 34 and the voltage measuring device 36 the second embodiment are also in an internal housing 64 the measuring device 20th arranged as in the 9 and 10th is shown. To the internal case 64 is in the area of the current measuring device 34 , in particular the DC / DC converter, an electromagnetic shielding device 66 arranged. The electromagnetic shielding device 66 has a tubular shape and surrounds the internal housing 64 in the area of the current measuring device 34 , in particular the DC / DC converter, and encloses them. The screen device 66 is alone in 11 shown.

Die Röhrenform der elektromagnetischen Schirmeinrichtung 66 ist so gewählt, dass die elektromagnetische Schirmeinrichtung 66 einen möglichst geringen Abstand zu der Strommesseinrichtung 34, insbesondere dem DC/DC-Wandler, bzw. dem internen Gehäuse 64 aufweist. Die elektromagnetische Schirmeinrichtung 66 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Metall oder einer Legierung mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit hergestellt, beispielsweise aus Kupfer, Zink, Messing oder Aluminium. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die elektromagnetische Schirmeinrichtung 66 aus Messing gefertigt.The tubular shape of the electromagnetic shielding device 66 is selected so that the electromagnetic shielding device 66 the smallest possible distance from the current measuring device 34 , especially the DC / DC converter, or the internal housing 64 having. The electromagnetic shielding device 66 is made in this exemplary embodiment from a metal or an alloy with good electrical conductivity, for example from copper, zinc, brass or aluminum. In the present embodiment, the electromagnetic shield device 66 made of brass.

Die elektromagnetische Schirmeinrichtung 66 weist einen Masseanschluss 68 zur Verbindung mit der Masse der Messeinrichtung 20 auf und ist entsprechend mit einem Massekabel oder Masseband 76, welches durch einen Ferritkern geht, mit der Masse der Leiterplatte verbunden. Dazu ist das Massekabel oder Masseband 76 z.B. über einen Kabelschuh mit einer Befestigungsschraube 78 an dem Masseanschluss 68 angebracht. Die Befestigungsschraube 78 ist durch ein Befestigungsloch 80 in dem Masseanschluss 68 geführt und mit einer Befestigungsmutter 82 so fixiert, dass ein ausreichender Kontakt zu Stande kommt.The electromagnetic shielding device 66 has a ground connection 68 for connection to the mass of the measuring device 20th and is corresponding with a ground cable or ground strap 76 , which goes through a ferrite core, connected to the ground of the circuit board. This is the ground cable or ground strap 76 eg via a cable lug with a fastening screw 78 at the ground connection 68 appropriate. The fastening screw 78 is through a mounting hole 80 in the ground connection 68 guided and with a fastening nut 82 fixed in such a way that there is sufficient contact.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Messeinrichtung (20) für eine Ladeeinrichtung (10) zum Laden eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb mit Gleichstrom, wobei die Ladeeinrichtung (10) eine elektrische Verbindungseinrichtung (12) zum Verbinden mit dem elektrischen Fahrzeug aufweist, die Messeinrichtung (20) umfassend eine Strommesseinrichtung (34) mit einem Shunt (38) und einem Spannungsmesser (40) zum Messen eines Ladestroms durch die Verbindungseinrichtung (12), und eine Spannungsmesseinrichtung (36) zum Messen einer Ladespannung an der Verbindungseinrichtung (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (20) im Bereich der Strommesseinrichtung (34), insbesondere eines internen DC/DC-Wandlers, eine elektromagnetische Schirmeinrichtung (66) aufweist.Measuring device (20) for a charging device (10) for charging a vehicle with an electric drive with direct current, the charging device (10) having an electrical connecting device (12) for connecting to the electric vehicle, the measuring device (20) comprising a current measuring device ( 34) with a shunt (38) and a voltmeter (40) for measuring a charging current through the connecting device (12), and a voltage measuring device (36) for measuring a charging voltage at the connecting device (12), characterized in that the measuring device (20 ) in the area of the current measuring device (34), in particular an internal DC / DC converter, has an electromagnetic shielding device (66). Messeinrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Schirmeinrichtung (66) aus einem Metall bzw. einer Legierung mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit hergestellt ist, insbesondere aus Kupfer, Zink, Messing oder Aluminium.Measuring device (20) after Claim 1 , characterized in that the electromagnetic shielding device (66) is made of a metal or an alloy with good electrical conductivity, in particular of copper, zinc, brass or aluminum. Messeinrichtung (20) nach dem vorhergehenden Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Schirmeinrichtung (66) als Metallfolie ausgeführt ist.Measuring device (20) according to the previous one Claim 2 , characterized in that the electromagnetic shielding device (66) is designed as a metal foil. Messeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Schirmeinrichtung (66) mit einer Masse der Messeinrichtung (20) verbunden ist.Measuring device (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetic shielding device (66) is connected to a ground of the measuring device (20). Messeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Schirmeinrichtung (66) eine Röhrenform aufweist, und die Schirmeinrichtung (66) die Strommesseinrichtung (34), insbesondere den internen DC/DC-Wandler, zumindest teilweise umschließt.Measuring device (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetic shielding device (66) has a tubular shape, and the shielding device (66) at least partially encloses the current measuring device (34), in particular the internal DC / DC converter. Messeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommesseinrichtung (34), insbesondere der interne DC/DC-Wandler, auf einer Leiterplatte (52) angeordnet ist, und die elektromagnetische Schirmeinrichtung (66) als Abdeckung auf der Leiterplatte (52) ausgeführt und mit dieser verbunden ist, insbesondere über Masse.Measuring device (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the current measuring device (34), in particular the internal DC / DC converter, is arranged on a printed circuit board (52), and the electromagnetic shielding device (66) as a cover on the printed circuit board (52) executed and connected to it, in particular via ground. Messeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Schirmeinrichtung (66) ein Plattenelement oder mehrere elektrisch verbundene Plattenelemente aufweist.Measuring device (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetic shielding device (66) has one plate element or a plurality of electrically connected plate elements. Messeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Schirmeinrichtung (66) einen internen DC/DC-Wandler der Strommesseinrichtung (34) vollständig umschließt bzw. überdeckt.Measuring device (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetic shielding device (66) completely encloses or covers an internal DC / DC converter of the current measuring device (34). Messeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (20) ein Gehäuse (64) aufweist, in dem die Strommesseinrichtung (34), insbesondere mit einem internen DC/DC Wandler, und die Spannungsmesseinrichtung (36) angeordnet sind, und die elektromagnetische Schirmeinrichtung (66) das Gehäuse (64) im Bereich der Strommesseinrichtung (34), insbesondere im Bereich des DC/DC-Wandlers, zumindest teilweise umgibt.Measuring device (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (20) has a housing (64) in which the current measuring device (34), in particular with an internal DC / DC converter, and the voltage measuring device (36) are arranged and the electromagnetic shielding device (66) at least partially surrounds the housing (64) in the area of the current measuring device (34), in particular in the area of the DC / DC converter. Ladeeinrichtung (10) zum Laden eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb mit Gleichstrom, wobei die Ladeeinrichtung (10) eine elektrische Verbindungseinrichtung (12) zum Verbinden mit dem elektrischen Fahrzeug und eine Messeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, und die Messeinrichtung (20) zum Messen eines Ladestroms durch die Verbindungseinrichtung (12) und einer Ladespannung an der Verbindungseinrichtung (12) angeordnet ist.Charging device (10) for charging a vehicle with an electric drive with direct current, the charging device (10) having an electrical connecting device (12) for connecting to the electric vehicle and a measuring device (20) according to one of the preceding claims, and the measuring device ( 20) for measuring a charging current through the connecting device (12) and a charging voltage on the connecting device (12).
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