DE102019124211A1 - power adapter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Netzteil (2) zum Verbinden einer Ladestation mit einer Vorrichtung, wobei die Ladestation dazu ausgebildet ist, der Vorrichtung elektrische Energie bereitzustellen, wobei das Netzteil (2) einen Stecker (4) mit einem Eingang (6) und einem Ausgang (8) aufweist, wobei der Eingang (6) über eine Verbindung mit der Ladestation verbindbar ist, wobei der Stecker (4) über den Ausgang (8) mit der Vorrichtung verbindbar ist, wobei in dem Stecker (4) eine Ladeelektronik (18), die mehrere Leitungen aufweist, und ein Überspannungsschutzmodul (20) angeordnet sind, wobei das Überspannungsschutzmodul (20) zwischen der Ladeelektronik (18) und dem Eingang (6) des Steckers (4) angeordnet ist und mindestens eine Sicherheitsleitung aufweist, die Leitungen der Ladeelektronik (18) verbindet. The invention relates to a power supply unit (2) for connecting a charging station to a device, the charging station being designed to provide the device with electrical energy, the power supply unit (2) having a plug (4) with an input (6) and an output ( 8), the input (6) being connectable to the charging station via a connection, the plug (4) being connectable to the device via the output (8), charging electronics (18) in the plug (4), which has several lines, and an overvoltage protection module (20) is arranged, the overvoltage protection module (20) being arranged between the charging electronics (18) and the input (6) of the plug (4) and having at least one safety line, the lines of the charging electronics ( 18) connects.
Description
Die Erfindung betrifft ein Netzteil.The invention relates to a power supply unit.
Ein Fahrzeug, das elektrisch angetrieben wird, weist eine Batterie auf, die ausgehend von einer Ladestation mit elektrischer Energie geladen werden kann. Hierzu ist die Ladestation über ein Kabel mit einem Steckernetzteil verbunden, das in eine Schnittstelle des Fahrzeugs eingesteckt werden kann, so dass die elektrische Energie aus der Ladestation dem Fahrzeug über das Kabel und das Steckernetzteil bereitgestellt wird.A vehicle that is electrically powered has a battery that can be charged with electrical energy from a charging station. For this purpose, the charging station is connected via a cable to a plug-in power supply that can be plugged into an interface of the vehicle so that the electrical energy from the charging station is made available to the vehicle via the cable and the plug-in power supply.
Die Druckschrift
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Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, einer Vorrichtung sicher elektrische Energie bereitzustellen.Against this background, it was an object to reliably provide electrical energy to a device.
Diese Aufgabe wird durch ein Netzteil mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Ausführungsformen des Netzteils gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.This object is achieved by a power pack with the features of claim 1. Embodiments of the power supply unit emerge from the dependent claims and the description.
Das erfindungsgemäße Netzteil ist zum Verbinden einer Ladestation als Ladeeinrichtung mit einer Vorrichtung ausgebildet, wobei die Ladestation dazu ausgebildet ist, der Vorrichtung elektrische Energie bereitzustellen. Das Netzteil weist einen Stecker mit einem Eingang und einem Ausgang auf, wobei der Eingang über eine bspw. als Ladekabel ausgebildete strom leitende Verbindung mit der Ladestation vorübergehend und wieder lösbar verbindbar bzw. zu verbinden ist, wobei der Stecker über den Ausgang mit der Vorrichtung vorübergehend und wieder lösbar verbindbar bzw. zu verbinden ist. In dem Stecker sind eine Ladeelektronik, die für mehrere Leistungen ausgelegt ist, und ein Überspannungsschutzmodul angeordnet, wobei das Überspannungsschutzmodul zwischen der Ladeelektronik und dem Eingang des Steckers angeordnet ist, wobei das Überspannungsschutzmodul der Verbindung, bspw. dem Ladekabel, zugewandt ist. Die Ladeelektronik ist zwischen dem Ausgang des Steckers und dem Überspannungsschutzmodul angeordnet. Das Überspannungsschutzmodul weist mindestens eine Sicherheitsleitung auf, die die Leitungen der Ladeelektronik verbindet.The power supply unit according to the invention is designed to connect a charging station as a charging device to a device, the charging station being designed to provide the device with electrical energy. The power supply unit has a plug with an input and an output, the input being temporarily and releasably connectable or to be connected to the charging station via a current-conducting connection designed, for example, as a charging cable, the plug being temporarily connected to the device via the output and is releasably connectable or connectable again. Charging electronics, which are designed for several outputs, and an overvoltage protection module are arranged in the plug, the overvoltage protection module being arranged between the charging electronics and the input of the plug, the overvoltage protection module facing the connection, e.g. the charging cable. The charging electronics are arranged between the output of the plug and the overvoltage protection module. The overvoltage protection module has at least one safety line that connects the lines of the charging electronics.
Das Überspannungsschutzmodul weist mindestens zwei Varistoren und somit mindestens zwei spannungsabhängige elektrische Widerstände auf. Dabei können die beiden Varistoren entlang mindestens einer primären Sicherheitsleitung zwischen zwei Leitungen bzw. Leitern der Ladeelektronik hintereinander in Reihe geschaltet sein. Dabei ist eine erste der beiden Leitungen der Ladeelektronik bspw. als Außenleitung und/oder als Phasenleitung ausgebildet. Eine zweite der beiden Leitungen der Ladeelektronik ist als Neutralleitung ausgebildet.The overvoltage protection module has at least two varistors and thus at least two voltage-dependent electrical resistors. The two varistors can be connected in series along at least one primary safety line between two lines or conductors of the charging electronics. A first of the two lines of the charging electronics is designed, for example, as an external line and / or as a phase line. A second of the two lines of the charging electronics is designed as a neutral line.
Das Überspannungsschutzmodul weist mindestens einen Gasableiter auf, der entlang mindestens einer sekundären Sicherheitsleitung angeordnet ist. Dabei kann der Gasableiter eine weitere Leitung, bspw. eine Erdleitung und/oder Schutzleitung, der Ladeelektronik mit einem Abschnitt und/oder Knoten der primären Sicherheitsleitung verbinden, der zwischen zwei der mindestens zwei in Reihe geschalteten Varistoren angeordnet ist.The overvoltage protection module has at least one gas discharge tube which is arranged along at least one secondary safety line. The gas discharge tube can connect a further line, for example an earth line and / or protective line, of the charging electronics to a section and / or node of the primary safety line which is arranged between two of the at least two series-connected varistors.
Die genannten Leitungen, d. h. die Außenleitung und/oder die Phasenleitung, die Neutralleitung und die Erdleitung und/oder die Schutzleitungen verlaufen auch durch das Überspannungsschutzmodul bzw. durchqueren dieses. Weiterhin verbinden die Leitungen die Ladeelektronik mit dem Eingang des Steckers und weiterhin auch mit einer Ladestation, die an dem Eingang des Steckers mit dem Stecker verbunden ist. Die Leitungen sind mit Zusatzleitungen in dem Ladekabel als elektrisch leitende Verbindung und weiterhin auch mit der Ladestation verbindbar bzw. zu verbinden.The said lines, d. H. the external line and / or the phase line, the neutral line and the earth line and / or the protective lines also run through the overvoltage protection module or cross it. Furthermore, the lines connect the charging electronics to the input of the plug and also to a charging station which is connected to the plug at the input of the plug. The lines can be or are to be connected to additional lines in the charging cable as an electrically conductive connection and also to the charging station.
An dem Ausgang des Steckers ist mindestens ein Steckerverbinder angeordnet. Der Stecker kann an seinem Ausgang einen ersten Steckerverbinder oder mehrere unterschiedliche erste Steckerverbinder aufweisen. Dabei ist ein Steckerverbinder als Industrie- bzw. Mehrphasensteckerverbinder für eine Hochspannung mit mehreren Phasen ausgebildet. Alternativ oder ergänzend ist ein Steckerverbinder für eine Niederspannung ausgebildet.At least one plug connector is arranged at the outlet of the plug. The plug can have a first plug connector or several different first plug connectors at its output. A plug connector is designed as an industrial or multi-phase plug connector for a high voltage with several phases. Alternatively or in addition, a plug connector is designed for a low voltage.
Weiterhin ist an einem Ende des Ladekabels als Verbindung, das der Ladestation als Ladeeinrichtung zuzuordnen bzw. zuordenbar und von dem Stecker abgewandt ist, ein weiterer, zweiter Steckerverbinder angeordnet. Dabei ist der weitere Steckerverbinder als Industrie- bzw. Mehrphasensteckerverbinder für eine Hochspannung mit mehreren Phasen ausgebildet. Alternativ ist der weitere, zweite Steckerverbinder für eine Niederspannung ausgebildet.Furthermore, a further, second plug connector is arranged at one end of the charging cable as a connection which can be assigned or assigned to the charging station as a charging device and faces away from the plug. The further plug connector is designed as an industrial or multi-phase plug connector for a high voltage with several phases. Alternatively, the further, second plug connector is designed for a low voltage.
Die Ladeelektronik ist als Leistungselektronik ausgebildet und/oder zu bezeichnen.The charging electronics are designed and / or designated as power electronics.
Außerdem ist die bspw. als Ladekabel ausgebildete Verbindung induktiv ausgebildet.In addition, the connection, for example designed as a charging cable, is inductive.
Das Netzteil ist bspw. zum Laden einer als Fahrzeug ausgebildeten Vorrichtung, bspw. zum Laden einer Batterie bzw. eines Akkumulators des Fahrzeugs, ausgebildet.The power supply unit is designed, for example, for charging a device designed as a vehicle, for example for charging a battery or an accumulator of the vehicle.
Mit dem vorgestellten bspw. integrierten Netzteil (integrated power plug charger), ist es möglich, ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug als Vorrichtung mit elektrischer Energie zu laden und dabei auch vor Überspannung und bspw. einem Blitzeinschlag zu schützen.With the presented, for example, integrated power supply unit (integrated power plug charger), it is possible to charge an electrically powered vehicle as a device with electrical energy and also to protect it from overvoltage and, for example, a lightning strike.
Das Netzteil, das den Stecker und in Ausgestaltung auch das Ladekabel aufweist, ist dazu ausgebildet, das elektrisch angetriebene Fahrzeug bzw. ein Elektrofahrzeug gegen einen Einfluss einer infrastrukturseitigen Überspannung robust zu schützen, die sich in der Ladestation als Infrastruktureinrichtung ergeben kann. Außerdem ist es ebenfalls möglich, mit dem Überspannungsschutzmodul die Ladeelektronik innerhalb des Steckers des Netzteils vor Zerstörung durch Überspannung zu schützen, wobei das Überspannungsschutzmodul dazu ausgebildet ist, eine Überspannung abzuleiten. Die Ladeelektronik innerhalb des Steckers kann auch als Leistungselektronik ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden. Das Überspannungsschutzmodul zur Überspannungsableitung kann direkt am Eingang, bspw. an einem Wechselspannungseingang (AC-Eingang) oder Gleichspannungseingang (DC-Eingang), des Steckers in den Stecker integriert sein. Dabei ist vorgesehen, dass die Ladeelektronik lediglich über die Leitungen, die durch das Überspannungsschutzmodul verlaufen, und über die mindestens eine Sicherheitsleitung des Überspannungsschutzmoduls miteinander verbunden sind, mit der Ladestation verbunden werden kann. Durch eine derartige Anordnung wird verhindert, dass die Überspannung aus der Ladestation in die Ladeelektronik des Steckers und weiterhin in das damit verbundene Fahrzeug als Vorrichtung eindringen kann.The power supply unit, which has the plug and, in an embodiment, also the charging cable, is designed to robustly protect the electrically powered vehicle or an electric vehicle against the influence of an overvoltage on the infrastructure side, which can result in the charging station as an infrastructure device. In addition, it is also possible to use the overvoltage protection module to protect the charging electronics within the plug of the power supply unit from being destroyed by overvoltage, the overvoltage protection module being designed to divert an overvoltage. The charging electronics within the plug can also be designed and / or referred to as power electronics. The overvoltage protection module for overvoltage discharge can be integrated into the plug directly at the input, for example at an alternating voltage input (AC input) or direct voltage input (DC input). It is provided that the charging electronics can only be connected to the charging station via the lines that run through the overvoltage protection module and via which at least one safety line of the overvoltage protection module is connected to one another. Such an arrangement prevents the overvoltage from the charging station from penetrating into the charging electronics of the plug and further into the vehicle connected to it as a device.
Somit ist es möglich, dass beim Laden der Vorrichtung ausgehend von der Ladestation die Ladeelektronik und die üblicherweise als Elektrofahrzeug ausgebildete Vorrichtung vor einer netzseitigen und somit ladestationsseitigen, transienten Überspannung geschützt werden. Eine derartige Überspannung kann durch ein Gewitter in der Nähe der Ladestation verursacht werden. Dies ist auch möglich, wenn ein Blitz in die Ladestation direkt oder indirekt, d. h. in einiger Entfernung von der Ladestation, einschlagen sollte, da auch in diesem Fall das Elektrofahrzeug vor Zerstörung geschützt wird.It is thus possible, when charging the device from the charging station, for the charging electronics and the device, which is usually designed as an electric vehicle, to be protected from a transient overvoltage on the network side and thus on the charging station side. Such an overvoltage can be caused by a thunderstorm near the charging station. This is also possible if a lightning bolt hits the charging station directly or indirectly, i.e. H. at some distance from the charging station, as the electric vehicle is also protected from destruction in this case.
Dabei wird ein aktiver Ladevorgang der Vorrichtung nicht unterbrochen, so dass eine Verfügbarkeit der elektrischen Energie gegeben ist. Außerdem ist es möglich, eine Person bzw. einen Fahrer, der das Fahrzeug über das Netzteil mit der Ladestation verbindet, ebenfalls zu schützen. Insgesamt wird dabei eine Robustheit eines gesamten Ladesystems, das die Ladestation und das Netzteil umfassen kann, gesteigert. Bei dem vorgesehenen Ladevorgang wird auch bei Überspannung und Gewitter ein sicherer Zustand gewährleistet.An active charging process of the device is not interrupted, so that the electrical energy is available. It is also possible to protect a person or a driver who connects the vehicle to the charging station via the power supply unit. Overall, the robustness of an entire charging system, which can include the charging station and the power supply unit, is increased. With the intended charging process, a safe condition is guaranteed even in the event of overvoltage and thunderstorms.
Das Überspannungsschutzmodul kann als Komponenten entlang der mindestens einen primären Sicherheitsleitung mindestens einen Metalloxid-Varistor und somit ein elektrisches Bauelement mit mindestens einem von einer elektrischen Spannung abhängigen Widerstand aufweisen, das als spannungsabhängiger Widerstand (voltage-dependent resistor, VDR) ausgebildet sein und/oder bezeichnet werden kann. Weiterhin kann das Überspannungsschutzmodul entlang der mindestens einen sekundären Sicherheitsleitung als Gasableiter einen Überspannungsgasableiter aufweisen.As components along the at least one primary safety line, the overvoltage protection module can have at least one metal oxide varistor and thus an electrical component with at least one electrical voltage-dependent resistor that is designed and / or designated as a voltage-dependent resistor (VDR) can be. Furthermore, the overvoltage protection module can have an overvoltage gas arrester as a gas arrester along the at least one secondary safety line.
Hierbei ist es in Ausgestaltung möglich, dass mehrere, bspw. zwei Varistoren in der mindestens einen primären Sicherheitsleitung zusammengefasst sind, die sie in Reihe geschaltet verbindet bzw. in die sie entsprechend eingebunden werden. Üblicherweise verbindet das Überspannungsschutzmodul entlang der mindestens einen primären Sicherheitsleitung eine Phasen- und/oder Außenleitung (L-Leitung und/oder P-Leitung) und eine Neutralleitung (N-Leitung) der Ladeelektronik, wobei die Varistoren in einer Reihenschaltung entlang der mindestens einen primären Sicherheitsleitung zwischen den beiden genannten Leitungen bzw. Leitern geschaltet sind. Eine Ableitung elektrischer Spannung zur Erde ist hier über die Sicherheitsleitungen bzw. Schutzleiter möglich, die neben der Reihenschaltung aus den Varistoren auch den Gasableiter aufweisen. Dieser Gasableiter ist entlang der mindestens einen sekundären Sicherheitsleitung angeordnet, die einerseits einen Knoten entlang der mindestens einen primären Sicherheitsleitung zwischen den in Reihe geschalteten Varistoren und andererseits eine Erdleitung und/oder Schutzleitung (PEN-Leitung) der Ladeelektronik verbindet.Here it is possible in an embodiment that several, for example two varistors are combined in the at least one primary safety line, which connects them in series or in which they are appropriately integrated. Usually, the overvoltage protection module connects a phase and / or external line (L line and / or P line) and a neutral line (N line) of the charging electronics along the at least one primary safety line, with the varistors in a series circuit along the at least one primary Safety line are connected between the two lines or conductors mentioned. Electrical voltage can be diverted to earth via the safety lines or protective conductors which, in addition to the series connection of the varistors, also have the gas discharge tube. This gas arrester is arranged along the at least one secondary safety line, which on the one hand connects a node along the at least one primary safety line between the series-connected varistors and on the other hand a ground line and / or protective line (PEN line) of the charging electronics.
In Ausgestaltung ist das Netzteil dreiphasig ausgebildet, wobei das Überspannungsschutzmodul aus drei primären Sicherheitsleitungen mit je einer Reihenschaltung aus Varistoren symmetrisch aufgebaut sein kann. Die schnellen Varistoren sind dazu ausgebildet, eine Überspannung durchzuleiten und durch einen Kurzschluss zwischen dem Ladekabel, das als strom leitende Verbindung zwischen dem Stecker und der Ladestation angeordnet ist, die Vorrichtung als Verbraucher sofort und wirksam zu schützen. Dabei ist vorgesehen, dass der Gasableiter gezündet wird und die elektrische Energie gefahrlos zur Erde abgeleitet wird. Außerdem sind die Varistoren dazu ausgebildet, nach Erlöschen eines Lichtbogens im Gasableiter einen auftretenden Folgestrom im Netz, d. h. in einer elektrischen Verbindung zwischen der Ladestation und der Vorrichtung, zu begrenzen. Außerdem ist vorgesehen, dass der zu einer jeweiligen primären Sicherheitsleitung der Varistoren entlang einer jeweiligen sekundären Sicherheitsleitung geschaltete Gasableiter durch seinen hohen Isolationswiderstand auch ungewollte Leckströme unterbindet und/oder verhindert. Dabei stellen derartige Leckströme einen Energieverlust des Ladesystems bzw. einer entsprechenden Anlage dar. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die mit dem Gasableiter unterbundenen Leckströme ansonsten eine Korrosion einer Erdungsanlage verursachen und/oder zumindest beschleunigen können.In one embodiment, the power supply unit has a three-phase design, and the overvoltage protection module can be constructed symmetrically from three primary safety lines, each with a series connection of varistors. The fast varistors are designed to pass an overvoltage and to immediately and effectively protect the device as a consumer by a short circuit between the charging cable, which is arranged as a current-conducting connection between the plug and the charging station. It is provided that the gas discharge tube is ignited and the electrical energy is safely diverted to earth. In addition, the varistors are designed to prevent a subsequent current in the network after an arc has been extinguished in the gas discharge tube, ie in an electrical connection between the charging station and the device. It is also provided that the gas discharge tube connected to a respective primary safety line of the varistors along a respective secondary safety line also prevents and / or prevents undesired leakage currents due to its high insulation resistance. Such leakage currents represent a loss of energy in the charging system or a corresponding system. It must be taken into account that the leakage currents prevented by the gas discharge tube can otherwise cause and / or at least accelerate corrosion of a grounding system.
Der Stecker des Netzteils kann als Gleichstrom- bzw. DC-Comboladestecker ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden. Dabei ist das Netzteil, das das Ladekabel und den Stecker als Komponenten umfasst, dazu ausgebildet, eine netzseitige Wechselspannung als Infrastrukturspannung der Ladestation in eine Gleichspannung als Ladespannung für die Vorrichtung umzuwandeln. Alternativ kann der Stecker des Netzteils als Wechselstrom- bzw. AC-Stecker ausgebildet sein.The plug of the power supply unit can be designed or referred to as a direct current or DC combo charger. The power supply unit, which comprises the charging cable and the plug as components, is designed to convert a network-side AC voltage as the infrastructure voltage of the charging station into a DC voltage as the charging voltage for the device. Alternatively, the plug of the power supply unit can be designed as an alternating current or AC plug.
Da die Ladeelektronik bereits in den Stecker integriert ist, kann auf eine solche in der Vorrichtung, bspw. insbesondere in einem Elektrofahrzeug, verzichtet werden. Somit kann die Vorrichtung durch die Gleichspannung bzw. durch einen Gleichstrom geladen werden, wobei das Netzteil als DC- bzw. Gleichstrom-Ladeschnittstelle zwischen der Ladestation bzw. einer entsprechenden Ladesäule und dem Fahrzeug ausgebildet ist.Since the charging electronics are already integrated in the plug, they can be dispensed with in the device, for example in particular in an electric vehicle. The device can thus be charged by the direct voltage or by a direct current, the power supply unit being designed as a DC or direct current charging interface between the charging station or a corresponding charging column and the vehicle.
Weiterhin ist es möglich, das Netzteil aus Stecker und Ladekabel unabhängig von der Ladestation zu verwenden, da es durch seinen zweiten Steckerverbinder als Eingangsstecker mit jeder Ladestation, die eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom (AC) bereitstellt, vorübergehend verbunden werden kann. Somit ergibt sich, dass auch in der Ladestation ein Blitzschutz entfallen kann, da dieser bereits in den Stecker integriert ist.Furthermore, it is possible to use the power pack consisting of plug and charging cable independently of the charging station, as it can be temporarily connected to any charging station that provides an alternating voltage or an alternating current (AC) with its second plug connector as an input plug. This means that lightning protection can also be omitted in the charging station, as this is already integrated into the plug.
Das Netzteil als Ladeequipment mit integrierter Ladeelektronik und integriertem Überspannungsschutzmodul ist ortsveränderlich und somit leicht transportierbar, so dass es als Schnittstelle auch in dem Fahrzeug als Vorrichtung transportiert werden kann. Außerdem ist es möglich, dass auch eine Induktivität des Ladekabels für eine Eingangsfiltermaßnahme gegen die Überspannung genutzt werden kann. Das Netzteil kann je nach Definition als Adapter zwischen der Ladestation und der Vorrichtung ausgebildet sein und/oder verwendet werden. Durch Vorsehen der Ladeelektronik und des Überspannungsschutzmoduls in dem Stecker ist in dem Stecker auch eine aktive Wandlung der elektrischen Energie, die von der Ladestation zu der Vorrichtung übertragen wird, möglich. Somit kann von der Ladeelektronik je nach Bedarf eine Wechselspannung in eine Gleichspannung oder eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt werden.The power supply unit as charging equipment with integrated charging electronics and integrated overvoltage protection module is portable and therefore easy to transport, so that it can also be transported as an interface in the vehicle as a device. It is also possible that an inductance of the charging cable can also be used for an input filter measure against the overvoltage. Depending on the definition, the power supply unit can be designed and / or used as an adapter between the charging station and the device. By providing the charging electronics and the overvoltage protection module in the plug, active conversion of the electrical energy that is transmitted from the charging station to the device is also possible in the plug. Thus, depending on requirements, the charging electronics can convert an alternating voltage into a direct voltage or a direct voltage into an alternating voltage.
Die Vorrichtung, für die das Netzteil genutzt werden kann, kann als Elektrofahrzeug (BEV, battery electric vehicle) oder Hybridfahrzeug (PHEV, plug-in-hybrid electric vehicle) ausgebildet sein. Dabei kann das Fahrzeug über das Netzteil entweder mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom geladen werden. Hierbei ist eine Gleichstrom-Ladefunktionalität über Gleichstrom-Anschlusspins eines Steckerverbinders am Ausgang des Steckers bzw. einer entsprechenden Ladedose realisiert, wobei u. a. auch ein Gleichstrom-Schnellladen mit einer Leistung größer 150 KW möglich ist. Die Ladeelektronik innerhalb des Steckers kann einen Leistungswandler aufweisen, der somit ebenfalls direkt in den Strecker integriert ist, wobei mit dem Leistungswandler der Ladeelektronik auch eine Wechselstrom-Ladefunktionalität realisiert werden kann.The device for which the power supply unit can be used can be designed as an electric vehicle (BEV, battery electric vehicle) or a hybrid vehicle (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle). The vehicle can be charged either with direct current or alternating current via the power pack. In this case, a direct current charging functionality is implemented via direct current connection pins of a plug connector at the output of the plug or a corresponding charging socket, whereby inter alia. DC fast charging with a power greater than 150 KW is also possible. The charging electronics within the plug can have a power converter, which is thus also integrated directly into the stretcher, whereby an alternating current charging functionality can also be implemented with the power converter of the charging electronics.
Die in dem Stecker integrierte Ladeelektronik als Leistungselektronik ist über das Überspannungsschutzmodul mit der Wechselspannung der Ladestation verbindbar und/oder zu verbinden. Dabei können der Stecker und somit das Netzteil je nach Ausbaustufe einphasig mit drei Leitungen (L, N, und PE) der Ladeelektronik zum Übertragen einer Gleichspannung und/oder Niederspannung oder auch mehrphasig mit mindestens fünf Leitungen (L1, L2, L3, N und PE) der Ladeelektronik zum Übertragen einer Wechselspannung und/oder Hochspannung ausgebildet sein. Außerdem ist vorgesehen, dass in der Ladeelektronik auch ein Mikrocontroller (µC) als Recheneinheit integriert ist, der dazu ausgebildet ist, eine Kommunikation mit der zu ladenden Vorrichtung zu überwachen und auch die Ladeelektronik als Leistungselektronik zu kontrollieren und somit deren Betrieb bei einem Ladevorgang der Vorrichtung mit elektrischer Energie aus der Ladestation zu steuern und/oder zu regeln. Das Überspannungsschutzmodul zwischen der Ladeelektronik und dem Eingang des Steckers ist als Sicherungselement auch dazu ausgebildet, den Stecker und die Vorrichtung vor einem Überstrom zu schützen.The charging electronics integrated in the plug as power electronics can be and / or connected to the AC voltage of the charging station via the overvoltage protection module. The plug and thus the power supply unit can be single-phase with three lines (L, N, and PE) of the charging electronics for transmitting a direct voltage and / or low voltage, or also multi-phase with at least five lines (L1, L2, L3, N and PE), depending on the expansion stage ) the charging electronics be designed to transmit an alternating voltage and / or high voltage. It is also provided that a microcontroller (μC) is integrated as a computing unit in the charging electronics, which is designed to monitor communication with the device to be charged and also to control the charging electronics as power electronics and thus their operation when the device is charging to control and / or regulate with electrical energy from the charging station. The overvoltage protection module between the charging electronics and the input of the plug is designed as a fuse element to protect the plug and the device from an overcurrent.
Da die Ladeelektronik erfindungsgemäß in den Stecker des Netzteils integriert ist, kann in der bspw. als Fahrzeug ausgebildeten Vorrichtung auf ein fahrzeugseitiges Ladegerät (OBC, on board charger) verzichtet werden. Durch Vorsehen des Überspannungsschutzmoduls in dem Stecker ist dennoch ein Schutz vor Überspannungen gewährleistet. Bei einem möglichen Betrieb des Netzteils wird die netzseitige von der Ladestation bereitgestellte Wechselspannung in den Stecker des Netzteils geführt und dort von der Ladeelektronik in eine Gleichspannung gewandelt.Since the charging electronics are integrated according to the invention in the plug of the power supply unit, an on-board charger (OBC) on the vehicle can be dispensed with in the device, which is designed, for example, as a vehicle. By providing the overvoltage protection module in the plug, protection against overvoltages is nevertheless ensured. When the power supply unit is in operation, the AC voltage provided by the charging station on the network side is fed into the plug of the power supply unit and there converted into a DC voltage by the charging electronics.
Eine Überspannung im Netz und somit in der Ladestation kann sich aufgrund einer Lastschwankung oder aufgrund eines Blitzeinschlags ergeben. Allerdings kann auch bei auftretender Überspannung durch das Überspannungsschutzmodul Hardware in dem Stecker, d. h. die Ladeelektronik, aber auch Hardware der Vorrichtung geschützt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass eine Gefahr durch Überspannung aufgrund eines Blitzeinschlags nicht nur an einer Stelle des Blitzeinschlags messbar ist, sondern es könnte auch noch in einigen hundert Metern Entfernung von der Ladestation ein Schaden bei der zu ladenden Vorrichtung verursacht werden, was jedoch mit dem vorgestellten Netzteil verhindert wird.An overvoltage in the network and thus in the charging station can result from a load fluctuation or a lightning strike. However, even if an overvoltage occurs, the overvoltage protection module hardware can be installed in the plug, i. H. the charging electronics, but also the hardware of the device are protected. It must be taken into account here that a risk of overvoltage due to a lightning strike can not only be measured at one point of the lightning strike, but damage to the device to be charged could also be caused a few hundred meters away from the charging station presented power supply is prevented.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass ein Fahrzeug als Vorrichtung zu wertvoll und die Investition zu dessen Anschaffung zu hoch sind, um ein Risiko vor einem Schaden durch eine Überspannung aufgrund eines Blitzeinschlags während eines Ladevorgangs des Fahrzeugs einzugehen. Ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug weist in der Regel eine Spannungsfestigkeit von bis zu 2500 Volt auf. Allerdings kann bei einem Blitzeinschlag jedoch mehr als die 20-fache Spannung auftreten. Durch das Überspannungsschutzmodul in dem Stecker wird jedoch auch eine Überspannungs- bzw. Blitzschutzschaltung am Wechselstrom-Eingang des Steckers bzw. Steckernetzteils (PPC, power plug charger) realisiert.Furthermore, it must be taken into account that a vehicle is too valuable as a device and the investment to acquire it is too high to take a risk of damage from overvoltage due to a lightning strike while the vehicle is being charged. An electrically powered vehicle usually has a dielectric strength of up to 2500 volts. However, more than 20 times the voltage can occur in the event of a lightning strike. However, the overvoltage protection module in the plug also realizes an overvoltage or lightning protection circuit at the AC input of the plug or plug-in power supply (PPC, power plug charger).
Üblicherweise durchqueren n+2 Leitungen das Überspannungsschutzmodul, wobei diese n+2 Leitungen die Ladeelektronik mit dem Eingang des Steckers verbinden. Dabei umfassen die n+2 Leitungen mindestens eine Außenleitung bzw. n Außenleitungen bzw. Phasenleitungen, d. h. bei n=1 bspw. eine Außenleitung bzw. Phasenleitung und bei n=3 bspw. drei Außenleitungen bzw. Phasenleitungen als mindestens eine Leitung der Ladeelektronik. Außerdem umfassen diese n+2 Leitungen noch eine Neutralleitung und eine Schutz- bzw. Erdleitung. Jede Außen- bzw. Phasenleitung ist über jeweils eine erste primäre Sicherheitsleitung mit einem ersten Varistor verbunden. Außerdem ist die Neutralleitung über eine weitere primäre Sicherheitsleitung mit einem weiteren Varistor verbunden. Diese weitere primäre Sicherheitsleitung mit dem weiteren Varistor ist auch mit mindestens einer voranstehend genannten primären Sicherheitsleitung und dem ersten Varistor verbunden. Außerdem ist die weitere primäre Sicherheitsleitung mit der sekundären Sicherheitsleitung, dem Gasableiter und der Sicherheits- bzw. Erdleitung als Leitung der Ladeelektronik verbunden.Usually n + 2 lines cross the overvoltage protection module, these n + 2 lines connecting the charging electronics to the input of the connector. In this case, the n + 2 lines comprise at least one external line or n external lines or phase lines, d. H. with n = 1, for example, one external line or phase line, and with n = 3, for example, three external lines or phase lines as at least one line of the charging electronics. In addition, these n + 2 lines also include a neutral line and a protective or earth line. Each external or phase line is connected to a first varistor via a first primary safety line. In addition, the neutral line is connected to another varistor via another primary safety line. This further primary safety line with the further varistor is also connected to at least one above-mentioned primary safety line and the first varistor. In addition, the further primary safety line is connected to the secondary safety line, the gas discharge tube and the safety or earth line as the line for the charging electronics.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
-
1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils. -
2 zeigt in schematischer Darstellung eine Überspannungsschutzschaltung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils. -
3 zeigt in schematischer Darstellung eine Überspannungsschutzschaltung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils. -
4 zeigt in schematischer Darstellung eine Überspannungsschutzschaltung und eine Ladeelektronik einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils. -
5 zeigt in schematischer Darstellung eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils. -
6 zeigt in schematischer Darstellung eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils. -
7 zeigt in schematischer Darstellung eine siebte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils.
-
1 shows a schematic representation of a first embodiment of the power supply unit according to the invention. -
2 shows a schematic representation of an overvoltage protection circuit of a second embodiment of the power supply unit according to the invention. -
3 shows a schematic representation of an overvoltage protection circuit of a third embodiment of the power supply unit according to the invention. -
4th shows a schematic representation of an overvoltage protection circuit and charging electronics of a fourth embodiment of the power supply unit according to the invention. -
5 shows a schematic representation of a fifth embodiment of the power supply unit according to the invention. -
6th shows a sixth embodiment of the power supply unit according to the invention in a schematic representation. -
7th shows a schematic representation of a seventh embodiment of the power supply unit according to the invention.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.The figures are described coherently and comprehensively, the same components are assigned the same reference numbers.
Die in
Das Gehäuse
Weiterhin weist der Stecker
Innerhalb des Ladekabels
Das Überspannungsschutzmodul
Ein derartiges Überspannungsschutzmodul
Außerdem umfasst das Überspannungsschutzmodul
Das Überspannungsschutzmodul
Weiterhin weist die Fortsetzung der vierten primären Sicherheitsleitung
Die Ladeelektronik
Dabei ist hier vorgesehen, dass die Ladeelektronik
In dem Überspannungsschutzmodul
Die in
Weiterhin weist der Stecker
Die sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzteils
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- Netzteilpower adapter
- 44th
- Steckerplug
- 66th
- Gehäusecasing
- 88th
- Eingangentrance
- 1010
- Ausgangoutput
- 1212th
- LadekabelCharging cable
- 14, 1614, 16
- SteckerverbinderPlug connector
- 1818th
- LadeelektronikCharging electronics
- 2020th
- ÜberspannungsschutzmodulSurge protection module
- 2222nd
- GriffHandle
- 2424
- LeistungshalbleiterPower semiconductors
- 2626th
- Schlaufeloop
- 2828
- KühlmodulCooling module
- 3030th
- ÜberspannungsschutzmodulSurge protection module
- 3232
- AußenleitungOutside line
- 3434
- NeutralleitungNeutral line
- 3636
- ErdleitungEarth line
- 3838
- primäre Sicherheitsleitungprimary security line
- 4040
- VaristorVaristor
- 4242
- sekundäre Sicherheitsleitungsecondary security line
- 4444
- GasableiterGas discharge tube
- 5050
- ÜberspannungsschutzmodulSurge protection module
- 52a, 52b, 52c 54a, 54b, 54c52a, 52b, 52c, 54a, 54b, 54c
- AußenleitungOutside line
- 56a, 56b56a, 56b
- NeutralleitungNeutral line
- 5858
- ErdleitungEarth line
- 60a, 60b, 60c60a, 60b, 60c
- primäre Sicherheitsleitungprimary security line
- 62a, 62b, 62c, 62d62a, 62b, 62c, 62d
- VaristorVaristor
- 6464
- primäre Sicherheitsleitungprimary security line
- 6666
- sekundäre Sicherheitsleitungsecondary security line
- 6868
- GasableiterGas discharge tube
- 8080
- LadeelektronikCharging electronics
- 8282
- ÜberspannungsschutzmodulSurge protection module
- 84, 8684, 86
- WandlerConverter
- 8888
- RecheneinheitArithmetic unit
- 9090
- Abschirmungshielding
- 9292
- AußenleitungOutside line
- 9494
- NeutralleitungNeutral line
- 9696
- SchutzleitungProtective line
- 98a, 98b98a, 98b
- AußenleitungOutside line
- 100100
- primäre Sicherheitsleitungprimary security line
- 102102
- VaristorVaristor
- 104104
- sekundäre Sicherheitsleitungsecondary security line
- 105105
- GasableiterGas discharge tube
- 110110
- Netzteilpower adapter
- 112112
- Steckerplug
- 114114
- Gehäusecasing
- 116116
- Eingangentrance
- 118118
- Ausgangoutput
- 120120
- LadekabelCharging cable
- 122, 124122, 124
- SteckerverbinderPlug connector
- 126126
- LadeelektronikCharging electronics
- 128128
- ÜberspannungsschutzmodulSurge protection module
- 130130
- GriffHandle
- 132132
- Kühlercooler
- 134134
- LüfterFan
- 138138
- Schlaufeloop
- 140, 142140, 142
- Netzteilpower adapter
- 144144
- LadekabelCharging cable
- 146146
- SteckerverbinderPlug connector
- 148148
- LadekabelCharging cable
- 150150
- SteckerverbinderPlug connector
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102013220197 A1 [0003]DE 102013220197 A1 [0003]
- DE 102017212435 A1 [0004]DE 102017212435 A1 [0004]
- DE 102013201570 A1 [0005]DE 102013201570 A1 [0005]
Claims (8)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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DE (1) | DE102019124211A1 (en) |
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