EP2629999A1 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen eines kurzschlusses - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erkennen eines kurzschlusses

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EP2629999A1
EP2629999A1 EP11779366.1A EP11779366A EP2629999A1 EP 2629999 A1 EP2629999 A1 EP 2629999A1 EP 11779366 A EP11779366 A EP 11779366A EP 2629999 A1 EP2629999 A1 EP 2629999A1
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EP
European Patent Office
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voltage
charging
short circuit
charging cable
electric vehicle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11779366.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Reinschke
Heike Barlag
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2629999A1 publication Critical patent/EP2629999A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B60L53/18—Cables specially adapted for charging electric vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/58—Testing of lines, cables or conductors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12—Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
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    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for detecting a short circuit in a charge cable connectable to an electric charging device for charging a battery of an electric vehicle.
  • a serving for connection of the electric vehicle to the charging device charging cable is not permanently connected to the Ladeein ⁇ direction, but rather is carried on board the electric vehicle and, where necessary connected to an outlet of the Ladeein ⁇ direction. In this case, the case may occur that a defective charging cable having a short circuit is connected to the charging device.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus with which a short circuit in a connectable with an electrical charging device charging cable can be detected safely and reliably.
  • the invention relates to a method for detecting a short circuit in a charge cable connectable to an electric charging device for charging a battery of an electric vehicle, wherein in the method
  • a first voltage value is selected for a test voltage
  • test voltage is gradually increased up to a maximum voltage value and is tested by means of the increased test voltage in each case whether there is a short circuit in the charging cable or at the La ⁇ cable connected to the contact means.
  • test voltage is gradually increased up to a maximum voltage and is tested with this increased test voltage in each case, whether a short circuit in the charging cable or connected to the charging ⁇ contact means (for example, in the charging socket of with the La ⁇ cable connected electric vehicle) is present.
  • this Methods are advantageously also detected such short circuits that auftre ⁇ th only from a certain voltage level, but do not make themselves noticeable at low test voltages.
  • the term "presence of a short circuit” means a reduction in the insulation resistance between conductors of the charging cable or between contacts of the contact means below the permissible level, so that an unwanted current flows between these conductors or contacts occur due to damage to the insulation material or however, or at higher voltages is no longer a safe isolation of the conductor due to contamination of the contacts of the contact means. It damages the insulation mate ⁇ rials or dirt are conceivable in which the insulating properties at low voltages are still adequate Contacts are sufficient.
  • the process can be completed with the result of the absence of a short circuit when the test voltage has reached the maxi ⁇ paint voltage value and the absence of a short circuit was detected in the test voltages respectively.
  • the method is only terminated when at all test voltages and thus also at the test voltage with the maximum voltage value in each case the absence of a short circuit was detected (ie no short circuit he ⁇ knew) was.
  • the process can take place so that it is tested whether a short circuit in the charging cable or at the end connected to the charging ⁇ cable contact means is present by
  • a capacitor is charged with the test voltage, the charging cable is subjected to the test voltage applied to the capacitor,
  • the voltage applied to the charging cable is monitored for a predetermined period of time
  • the presence of a short circuit is detected when a voltage change occurring during the period (the voltage applied to the charging cable) is a predetermined one
  • the method may be configured such that the first clamping ⁇ voltage value between 1 volt and 42 volts.
  • the method may also be configured so that the maxi ⁇ male voltage value between 100% and 400% of the maximum charging voltage of the battery of the electric vehicle is.
  • the method may be implemented such that, when Anlagensbe ⁇ start of the charging cable is connected to a contact means of the electric vehicle, a current flow between the contact with ⁇ tel of the electric vehicle and a battery of the electric vehicle, however, is initially prohibited (in the electric vehicle).
  • the method can also be designed such, is that a current flow enable signal from the charging device to the electric vehicle only sent after the process with the result of the absence of a short circuit has been completed (whereupon electric vehicle side, a current flow Zvi ⁇ rule the contact means of the electric vehicle and the battery the electric vehicle can be admitted). This ensures ago ⁇ geous enough, that a current flow between the contact means and the battery is only permitted when it was recognized that in the charging cable or contact means no short circuit.
  • the invention also relates to an apparatus for detecting a short circuit at a connectable with an electrical signaling device La ⁇ charging cable for charging a battery of an electric vehicle, this device for Performing the method described above ⁇ staltet is.
  • This device may be part of the (vehicle-external) charging device for charging the battery of the electric vehicle.
  • This device can be configured in such a way that the capacitor used for loading the charging cable with the test voltage is an element of a low-pass filter, over which the current flowing through the charging cable flows.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a charging device and an electric vehicle, which are connected by means of a charging ⁇ cable, in
  • Figure 3 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 1 a section of an electric vehicle 1 is shown on the right side.
  • This schematic diagram shows essentially only one battery 3 of the electric vehicle for storing the u. a. for the driving of the
  • This Bat ⁇ terie 3 is electrically connected via a switch 5 with a contact means 7 of the electric car 1.
  • the switch 5 is designed, for example, as a DC contactor or as a DC load-break switch.
  • This contact means 7 in the exemplary embodiment is a socket or socket with which the charging cable can be connected in order to charge or discharge the battery 3.
  • the contact means 7 of the electric vehicle 1 via a charging cable 10 with a charging device 15 is electrically connected.
  • the charging device 15 may be, for example, be a requirement imposed on the public highways charging station or a "current pump" at a charging station.
  • the electric vehicle more specifically, the battery 3 of the electric vehicle 1
  • DC DC
  • From the charging device 15 is only schematically an AC-DC converter 18 (AC / DC) converter shown, the AC power supply (with an AC power source 20, for example a Clausstromener ⁇ gielacsnetz is connected to 400 V AC).
  • the DC terminal of the AC-DC imple ⁇ dec 18 is connectable via a contact means 23 of the charging device 15 with the charging cable 10.
  • the charging cable 10 connected both to the contact means 23 of the Ladeein ⁇ direction 15 and with the contact means 7 of the electric vehicle 1.
  • the charging device 15 is electrically connected to the electric vehicle 1 by means of the charging cable 10 before the start of the actual charging process.
  • the switch 5 befin ⁇ det in electrical point immediately behind the contact means 7 and disconnects the battery 3 by the contact means 7.
  • the charging device 15 checks whether or not in the electrical connection (charger) is a short circuit to the vehicle.
  • the ⁇ ser short circuit may be caused, for example, in a manipulated or defective contact means 7 or in a manipulated or defective charging cable 10 (ie, in the power cables of the charging cable 10, or in the charging plug of the charging cable 10).
  • the contact means 7 and 23 and the electrical ⁇ cal connection between the contact means 7 and switch 5 is also checked for the presence of a short circuit over ⁇ . Detects the charging device 15, a short-circuit, the charging device 15 outputs a corresponding Starbuckssig ⁇ nal and so communicates the short inter alia, to the electric vehicle 1. In addition, is the charging device 5 in a state in which the charging process can not be started.
  • a first voltage value (minimum voltage value Umin) is selected for the test voltage (method step 30).
  • a capacitor with this This test voltage charged (method step 32).
  • the capacitor is connected in parallel with the charging cable, that is, the one pole of the capacitor is connected to a conductor of the charging cable and the other pole of the capacitor is connected to a second conductor of the charging cable (step 34).
  • the charging cable is subjected to the test voltage applied to the capacitor.
  • the voltage applied to the charging cable voltage is currency ⁇ rend a predetermined time period monitored (step 36).
  • the predetermined time period may in this case ⁇ example, between 0.1 s and s be 0.5. It is measured by what value changes the voltage applied to the charging cable (and thus also to the capacitor) during the predetermined period of time. In other words, is measured to the voltage applied to the charger cable or capacitor chip ⁇ voltage falls as much during the predetermined period of time. If this voltage change / voltage drop is a predetermined
  • Threshold (threshold) is exceeded, then there is a short circuit or a short circuit-like state (step 38, alternative Yes). In this case, a short circuit is detected and a corresponding error signal is output. If the voltage change does not exceed the threshold value (method step 38, alternative no), then it is first checked whether the test voltage has already reached a maximum voltage value Umax (method step 40). If this is the case (method step 40, alternative yes), then the method is terminated with the result that there is no short circuit. If the maximum test voltage Umax has not yet been reached, then the test voltage is increased (method step 42). Thereafter, the capacitor is charged with the (increased) test voltage (step 32) and the following process steps are repeated.
  • FIG. 3 shows a device for detecting the short circuit. In accordance with Figure 1 in the Figure 3, the charging means, the electric vehicle 1 and illustrated the charging means and connecting the electric vehicle charging cable ⁇ 10 is 15.
  • an alternating current source in the form of an alternating current network 50 is shown, which is connected to the charging device 15 via a three-pole line.
  • the AC power source 50 with the change ⁇ power input of the AC-DC converter is 18 ver ⁇ prevented.
  • the AC-DC converter 18 (AC / DC converter) is part of a converter device 53, which in the exemplary embodiment is a six-pulse thyristor converter.
  • This power converter 53 includes, among other things, a controller 54 for the AC-DC converter 18.
  • the DC output of the AC-DC converter 18 is connected to a switch 60 via a low-pass filter 56.
  • the switch 60 is actuated by a motor drive 61 (motor control).
  • the low-pass filter 56 consists in the embodiment of two inductors LI and L2 and a capacitor C. At the output of the low-pass filter 56, the two DC-carrying lines are connected to each other by means of a disconnectable resistor R. This
  • Shunt resistor R is switched on or off by a switch 62 ⁇ .
  • the switch 62 is controlled by a motor drive 63 (Mo ⁇ toran horrung) actuated.
  • a first voltmeter 65 (voltage sensor, voltmeter) is provided which measures the magnitude of the DC voltage output by the converter 18 between the output of the low-pass filter and the switch 60.
  • a second voltmeter 68 is provided, the converter related to the height of the DC voltage behind the switch 60 measures. This voltage measured by the second voltmeter 68 corresponds to the voltage applied to the charging cable 10.
  • the first voltmeter 65 and the second voltmeter 68 output corresponding measured values to the converter unit 53, where they are further processed in the controller 54.
  • a PWM-controlled inverter Pulse Width Modulation
  • PWM Pulse Width Modulation
  • a transistor bridge eg, an IGBT bridge
  • This capacitor can then also be used for short-circuit detection.
  • the procedure is as follows in the device: With the switch 60 open and the switch 62 closed (ie, the switches 60 and 62 have the switching position shown in FIG. 3), the capacitance / capacitor C of the low-pass filter 56 (and thus the shunt resistor) R) set the first test voltage Umin.
  • the capacitor voltage (corresponding to the test voltage) is applied to the charging cable 10. Thereafter, over a predetermined period of time, which may generally be between 0.1 s and 0.5 s (eg, 0.3 s), from the first Tension meter 65 measured voltage applied to the charging cable 10. The voltage readings are processed in the controller 54 of the power conversion device 53. Alternatively, the voltage may also be measured by the second voltmeter 68 or, as redundant voltmeters, both voltmeters 65 and 68 may simultaneously measure the voltage.
  • the converter device 53 If the measured voltage over the period falls too fast, ie the voltage change exceeds a threshold value, this is detected by the converter device 53. Thus, it is recognized that a short circuit or completely gleichähnli ⁇ cher state. The converter device 53 then outputs a corresponding error signal. This error signal is transmitted to the electric vehicle 1. Thereafter, the charging device 15 goes into an error state. In this fault condition, the battery of the electric vehicle can not be charged.
  • the procedure starts anew with an increased test voltage.
  • the switch 60 is thus opened.
  • the switch 62 ge ⁇ closed and thus the resistor R is switched on.
  • the converter device outputs an increased test voltage at the DC output. The next steps are repeated accordingly.
  • the short circuit test is passed as a whole. Subsequently, the switch 60 is opened again.
  • the charging device 15 divides the electric vehicle 1 by means of a corresponding Sig ⁇ Nals that the charging device is ready for charging 15, and it divides the electric vehicle 1 ⁇ permission to connect the gen gruseiti- button 5.
  • the charging process can now be started by transferring direct current from the converter 18 to the battery 3 via the switch 60 to be closed again. With this direct current then the battery can be charged.
  • the maximum test voltage is between 100% and 400% of the maximum charging voltage of the battery.
  • the maximum charging voltage of the battery is 420 V and the maximum test voltage is 462 V; the maximum test voltage is 110% of the maximum charging voltage.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses bei einem mit einer elektrischen Ladeeinrichtung (15) verbindbaren Ladekabel (10) zum Aufladen einer Batterie (3) eines Elektrofahrzeugs (1). Bei diesem Verfahren wird für eine Testspannung ein erster Spannungswert gewählt. Mittels Beaufschlagung des Ladekabels (10) mit dieser Testspannung wird getestet, ob ein Kurzschluss bei dem Ladekabel (10) oder bei einem mit dem Ladekabel verbundenen Kontaktmittel (7, 23) vorliegt. Bei Vorliegen eines Kurzschlusses wird ein Fehlersignal ausgegeben; bei Nichtvorliegen eines Kurzschlusses wird die Testspannung schrittweise bis zu einem maximalen Spannungswert erhöht. Mittels der erhöhten Testspannung wird jeweils getestet, ob ein Kurzschluss bei dem Ladekabel (10) oder bei dem mit dem Ladekabel verbundenen Kontaktmittel (7, 23) vorliegt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses bei einem mit einer elektrischen Ladeeinrichtung verbindbaren Ladekabel zum Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs .
Die Anzahl an elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (Elektro- fahrzeugen) im Straßenverkehr wird in naher Zukunft vermutlich stark ansteigen. Dann wird eine Vielzahl von Ladeeinrichtungen sowohl im öffentlichen Verkehrsraum als auch auf Privatgelände notwendig sein, um die Batterien dieser
Elektrofahrzeuge bei Bedarf wieder aufzuladen.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2010/032320 AI ist ein Elektrofahrzeug und eine derartige Ladeeinrichtung be¬ kannt. Dieses Elektrofahrzeug verfügt über eine Vorrichtung, um im Inneren des Elektrofahrzeugs verlegte Elektroleitungen auf Kurzschlüsse zu überprüfen.
Bei den elektrischen Ladeeinrichtungen ist es vorstellbar, dass ein zur Verbindung des Elektrofahrzeugs mit der Ladeeinrichtung dienendes Ladekabel nicht dauerhaft mit der Ladeein¬ richtung verbunden ist, sondern an Bord des Elektrofahrzeugs mitgeführt und bei Bedarf mit einer Steckdose der Ladeein¬ richtung verbunden wird. Dabei kann der Fall auftreten, dass ein defektes, einen Kurzschluss aufweisendes Ladekabel mit der Ladeeinrichtung verbunden wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen ein Kurzschluss bei einem mit einer elektrischen Ladeeinrichtung verbindbaren Ladekabel sicher und zuverlässig erkannt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch 10. Vorteilhafte Aus führungs formen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der jeweils abhängi¬ gen Patentansprüche.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses bei einem mit einer elektrischen Ladeeinrichtung verbindbaren Ladekabel zum Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs , wobei bei dem Verfahren
- für eine Testspannung ein erster Spannungswert gewählt wird,
- mittels Beaufschlagung des Ladekabels mit dieser Testspannung getestet wird, ob ein Kurzschluss bei dem Ladekabel oder bei einem mit dem Ladekabel verbundenen Kontaktmittel vor¬ liegt,
- bei Vorliegen eines Kurzschlusses ein Fehlersignal ausgege¬ ben wird, und
- bei Nichtvorliegen eines Kurzschlusses die Testspannung schrittweise bis zu einem maximalen Spannungswert erhöht wird und mittels der erhöhten Testspannung jeweils getestet wird, ob ein Kurzschluss bei dem Ladekabel oder bei dem mit dem La¬ dekabel verbundenen Kontaktmittel vorliegt.
Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass bei Nichtvorliegen des Kurzschlusses die Testspannung schrittweise bis zu einem maximalen Spannungswert erhöht wird und mit dieser erhöhten Testspannung jeweils getestet wird, ob ein Kurzschluss bei dem Ladekabel oder dem mit dem Ladekabel verbundenen Kontakt¬ mittel (beispielsweise bei der Ladesteckdose des mit dem La¬ dekabel verbundenen Elektrofahrzeugs ) vorliegt. Mit diesem Verfahren werden vorteilhafterweise auch solche Kurzschlüsse erkannt, die erst ab einer bestimmten Spannungshöhe auftre¬ ten, die sich jedoch bei kleinen Testspannungen noch nicht bemerkbar machen.
Unter „Vorliegen eines Kurzschlusses" wird im Rahmen dieser Patentanmeldung eine Verringerung des Isolationswiderstandes zwischen Leitern des Ladekabels oder zwischen Kontakten des Kontaktmittels unter das zulässige Maß verstanden, so dass ein ungewollter Strom zwischen diesen Leitern bzw. Kontakten fließt. Eine solche Verringerung des Isolationswiderstandes kann z.B. aufgrund von Schädigungen des Isolationsmaterials auftreten oder aufgrund von Verschmutzungen der Kontakte des Kontaktmittels. Dabei sind Schädigungen des Isolationsmate¬ rials oder Verschmutzungen vorstellbar, bei denen die Isolationseigenschaften bei geringen Spannungen noch ausreichend sind, jedoch bei höheren Spannungen nicht mehr für eine sichere Isolation der Leiter bzw. Kontakte ausreichen.
Das Verfahren kann mit dem Ergebnis des NichtVorliegens eines Kurzschlusses beendet werden, wenn die Testspannung den maxi¬ malen Spannungswert erreicht hat und bei den Testspannungen jeweils das Nichtvorliegen eines Kurzschlusses erkannt wurde. Vorteilhafterweise wird das Verfahren erst dann beendet, wenn bei allen Testspannungen und somit auch bei der Testspannung mit dem maximalen Spannungswert jeweils dass Nichtvorliegen eines Kurzschlusses erkannt wurde (d.h. kein Kurzschluss er¬ kannt wurde) .
Das Verfahren kann dabei so ablaufen, dass getestet wird, ob ein Kurzschluss bei dem Ladekabel oder bei dem mit dem Lade¬ kabel verbundenen Kontaktmittel vorliegt, indem
- ein Kondensator mit der Testspannung aufgeladen wird, - das Ladekabel mit der an dem Kondensator anliegenden Testspannung beaufschlagt wird,
- die an dem Ladekabel anliegende Spannung während einer vor¬ bestimmten Zeitdauer überwacht wird,
- das Vorliegen eines Kurzschlusses erkannt wird, wenn eine während der Zeitdauer auftretende Spannungsänderung (der an dem Ladekabel anliegenden Spannung) einen vorbestimmten
Schwellwert übersteigt, oder
- das Nichtvorliegen eines Kurzschlusses erkannt wird, wenn die während der Zeitdauer auftretende Spannungsänderung (der an dem Ladekabel anliegenden Spannung) einen vorbestimmten Schwellwert nicht übersteigt.
Auf diese Art und Weise kann vorteilhafterweise sehr einfach erkannt werden, ob ein Kurzschluss vorliegt oder nicht. Dazu reicht es aus, lediglich während der Zeitdauer die an dem Ladekabel anliegende Spannung zu überwachen und festzustellen, ob eine Spannungsänderung auftritt und ob der Betrag dieser Spannungsänderung einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt. Dies lässt sich technisch sehr einfach mittels z. B. eines Spannungssensors und einer elektronischen Spannungsüberwa- chungsschaltung realisieren.
Das Verfahren kann so ausgestaltet sein, dass der erste Span¬ nungswert zwischen 1 Volt und 42 Volt beträgt.
Das Verfahren kann auch so ausgestaltet sein, dass der maxi¬ male Spannungswert zwischen 100 % und 400 % der maximalen Ladespannung der Batterie des Elektrofahrzeugs beträgt. Hierbei wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass auch bei Span¬ nungen in der Größenordnung der Ladespannung der Batterie und darüber hinaus keine Kurzschlüsse auftreten. Das Verfahren kann so realisiert sein, dass bei Verfahrensbe¬ ginn das Ladekabel mit einem Kontaktmittel des Elektrofahr- zeugs verbunden ist, ein Stromfluss zwischen dem Kontaktmit¬ tel des Elektrofahrzeugs und einer Batterie des Elektrofahr- zeugs jedoch (im Elektrofahrzeug) zunächst unterbunden ist.
Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass mit diesem Verfahren nicht nur das Ladekabel, sondern gleichzeitig zusätzlich auch das Kontaktmittel des Elektroautos (z. B. die Ladesteckdose Steckdose bzw. Ladebuchse) auf das Vorliegen eines Kurz¬ schlusses hin überprüft werden können.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass ein Stromfluss zwischen dem Kontaktmittel des Elektroautos und der Batterie des Elektro¬ autos zunächst unterbunden ist. Damit wird sichergestellt, dass die Testspannung nicht durch die Batterie, die einen zu¬ nächst unbekannten Ladezustand hat, beeinflusst wird.
Das Verfahren kann auch so ausgestaltet sein, dass ein Stromflussfreigabesignal von der Ladeeinrichtung zu dem Elektro- fahrzeug erst gesendet wird, nachdem das Verfahren mit dem Ergebnis des NichtVorliegens eines Kurzschlusses beendet wurde (woraufhin elektrofahrzeugseitig ein Stromfluss zwi¬ schen dem Kontaktmittel des Elektrofahrzeugs und der Batterie des Elektrofahrzeugs zugelassen werden kann) . Damit wird vor¬ teilhafterweise sichergestellt, dass ein Stromfluss zwischen dem Kontaktmittel und der Batterie erst dann zugelassen wird, wenn erkannt wurde, dass bei dem Ladekabel oder Kontaktmittel kein Kurzschluss vorliegt.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses bei einem mit einer elektrischen La¬ deeinrichtung verbindbaren Ladekabel zum Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs , wobei diese Vorrichtung zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausge¬ staltet ist.
Die Vorteile dieser Vorrichtung entsprechen den oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteilen.
Diese Vorrichtung kann Teil der (fahrzeugexternen) Ladeeinrichtung zum Aufladen der Batterie des Elektrofahrzeuges sein .
Diese Vorrichtung kann so ausgestaltet sein, dass der zum Be- aufschlagen des Ladekabels mit der Testspannung dienende Kon- densator ein Element eines Tiefpassfilters ist, über den der durch das Ladekabel fließende Strom fließt.
Bei dieser Aus führungs form der erfindungsgemäß Vorrichtung wird vorteilhafterweise kein zusätzlicher Kondensator benö¬ tigt, sondern es wird ein sowieso als Element eines Tiefpass¬ filters vorhandener Kondensator auch für die Kurzschlusserkennung verwendet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels näher erläutert. Dazu ist in
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ladeeinrichtung und eines Elektrofahrzeugs , die mittels eines Lade¬ kabels verbunden sind, in
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufs des Verfah¬ rens und in
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt. Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist auf der rechten Seite ein Ausschnitt aus einem Elektrofahrzeug 1 dargestellt. Diese schematische Darstellung zeigt im Wesentlichen nur eine Batterie 3 des Elektrofahr- zeugs zum Speichern der u. a. für den Fahrbetrieb des
Elektrofahrzeugs benötigten elektrischen Energie. Diese Bat¬ terie 3 ist über einen Schalter 5 elektrisch mit einem Kontaktmittel 7 des Elektroautos 1 verbunden. Der Schalter 5 ist z.B. als ein Gleichstrom-Schütz oder als ein Gleichstrom- Lasttrennschalter ausgestaltet. Bei diesem Kontaktmittel 7 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um eine Steckdose bzw. Buchse, mit der das Ladekabel verbindbar ist, um die Batterie 3 zu laden oder zu entladen.
Zum Zweck des Ladens oder Entladens der Batterie 3 ist das Kontaktmittel 7 des Elektrofahrzeugs 1 über ein Ladekabel 10 mit einer Ladeeinrichtung 15 elektrisch verbindbar. Bei der Ladeeinrichtung 15 kann es sich beispielsweise um eine im öffentlichen Verkehrsraum aufgestellte Ladesäule oder um eine „Stromzapfsäule" an einer Stromtankstelle handeln. Im Ausfüh¬ rungsbeispiel wird das Elektrofahrzeug 1 (genauer gesagt die Batterie 3 des Elektrofahrzeugs 1) mit Gleichstrom aufgela¬ den, welcher über das Ladekabel 10 zu dem Elektrofahrzeug ge¬ führt wird. Von der Ladeeinrichtung 15 ist lediglich schematisch ein Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzer 18 (AC/DC-Umset- zer) dargestellt, dessen Wechselstromanschluss mit einer Wechselstromquelle 20 (beispielsweise einem Wechselstromener¬ gieversorgungsnetz mit 400 V Wechselspannung) verbunden ist. Der Gleichstromanschluss des Wechselstrom-Gleichstrom-Umset¬ zers 18 ist über ein Kontaktmittel 23 der Ladeeinrichtung 15 mit dem Ladekabel 10 verbindbar. Im Ausführungsbeispiel ist das Ladekabel 10 sowohl mit dem Kontaktmittel 23 der Ladeein¬ richtung 15 als auch mit dem Kontaktmittel 7 des Elektrofahr- zeugs 1 verbunden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vor Beginn des eigentlichen Ladevorgangs die Ladeeinrichtung 15 mittels des Ladekabels 10 elektrisch mit dem Elektrofahrzeug 1 verbunden. Im Elektrofahrzeug 1 befin¬ det sich der Schalter 5 in elektrischer Hinsicht unmittelbar hinter dem Kontaktmittel 7 und trennt die Batterie 3 von dem Kontaktmittel 7. Beim Anschließen des Ladekabels 10 an das Kontaktmittel 7 ist der Schalter 5 geöffnet. Bei angeschlos¬ senem Ladekabel und bei weiterhin geöffnetem Schalter 5 prüft die Ladeeinrichtung 15, ob sich in der elektrischen Verbindung (Ladekabel) zum Fahrzeug ein Kurzschluss befindet. Die¬ ser Kurzschluss kann seine Ursache haben beispielsweise in einem manipulierten oder defekten Kontaktmittel 7 oder in einem manipulierten oder defekten Ladekabel 10 (d. h. in den Stromkabeln des Ladekabels 10 oder in den Ladesteckern des Ladekabels 10) . Die Kontaktmittel 7 und 23 und die elektri¬ sche Verbindung zwischen Kontaktmittel 7 und Schalter 5 wird ebenfalls auf das Vorliegen eines Kurzschlusses hin über¬ prüft. Detektiert die Ladeeinrichtung 15 einen Kurzschluss, so gibt die Ladeeinrichtung 15 ein entsprechendes Fehlersig¬ nal aus und kommuniziert so den Kurzschluss u. a. an das Elektrofahrzeug 1. Darüber hinaus geht die Ladeeinrichtung 5 in einen Zustand über, in dem der Ladevorgang nicht gestartet werden kann.
In Figur 2 ist mittels eines Ablaufdiagramms das in der
Ladeinrichtung 15 ablaufende Kurzschlusserkennungsverfahren näher beschrieben. Zunächst wird für die Testspannung ein erster Spannungswert (minimaler Spannungswert Umin) gewählt (Verfahrensschritt 30) . Danach wird ein Kondensator mit die- ser Testspannung aufgeladen (Verfahrensschritt 32) . Danach wird der Kondensator parallel zu dem Ladekabel geschaltet, d. h. der eine Pol des Kondensators wird mit einem Leiter des Ladekabels verbunden und der andere Pol des Kondensators wird mit einem zweiten Leiter des Ladekabels verbunden (Verfahrensschritt 34) . Dadurch wird das Ladekabel mit der an dem Kondensator anliegenden Testspannung beaufschlagt.
Daraufhin wird die an dem Ladekabel anliegende Spannung wäh¬ rend einer vorbestimmten Zeitdauer überwacht (Verfahrensschritt 36) . Die vorbestimmte Zeitdauer kann dabei beispiels¬ weise zwischen 0,1 s und 0,5 s betragen. Es wird gemessen, um welchen Wert sich die an dem Ladekabel (und damit auch an dem Kondensator) anliegende Spannung während der vorbestimmten Zeitdauer ändert. Mit anderen Worten wird gemessen, um wie viel die an dem Ladekabel bzw. Kondensator anliegende Span¬ nung während der vorbestimmten Zeitdauer abfällt. Wenn diese Spannungsänderung/Spannungsabfall einen vorbestimmten
Schwellwert (Schwellenwert) überschreitet, dann liegt ein Kurzschluss oder ein kurzschlussähnlicher Zustand vor (Verfahrensschritt 38, Alternative Ja) . In diesem Fall wird also ein Kurzschluss erkannt und ein entsprechendes Fehlersignal ausgegeben. Falls die Spannungsänderung den Schwellwert nicht überschreitet (Verfahrensschritt 38, Alternative Nein), dann wird zunächst überprüft, ob die Testspannung bereits einen maximalen Spannungswert Umax erreicht hat (Verfahrensschritt 40) . Ist dies der Fall (Verfahrensschritt 40, Alternative Ja) , dann wird das Verfahren beendet mit dem Ergebnis, dass kein Kurzschluss vorliegt. Wurde die maximale Testspannung Umax jedoch noch nicht erreicht, dann wird die Testspannung erhöht (Verfahrensschritt 42) . Danach wird der Kondensator mit der (erhöhten) Testspannung aufgeladen (Verfahrensschritt 32) und die folgenden Verfahrensschritte laufen erneut ab. In Figur 3 ist eine Vorrichtung zum Erkennen des Kurzschlusses dargestellt. In Übereinstimmung mit Figur 1 ist in der Figur 3 die Ladeeinrichtung 15, das Elektrofahrzeug 1 und das die Ladeeinrichtung und das Elektrofahrzeug verbindende Lade¬ kabel 10 dargestellt.
Im oberen Teil der Figur 3 ist eine Wechselstromquelle in Form eines Wechselstromnetzes 50 dargestellt, welche über eine dreipolige Leitung mit der Ladeeinrichtung 15 verbunden ist. Dabei ist die Wechselstromquelle 50 mit dem Wechsel¬ stromeingang des Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzers 18 ver¬ bunden. Der Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzer 18 (AC/DC-Um- richter) ist Teil eines Stromrichtergerätes 53, bei dem es sich im Ausführungsbeispiel um einen sechspulsigen Thyristor- Stromrichter handelt. Dieses Stromrichtergerät 53 beinhaltet u. a. eine Steuerung 54 für den Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzer 18.
Der Gleichstromausgang des Wechselstrom-Gleichstrom-Umsetzers 18 ist über ein Tiefpassfilter 56 mit einem Schalter 60 verbunden. Der Schalter 60 wird von einem Motorantrieb 61 (Motoransteuerung) betätigt. Der Tiefpassfilter 56 besteht im Ausführungsbeispiel aus zwei Induktivitäten LI und L2 sowie einem Kondensator C. Am Ausgang des Tiefpassfilters 56 werden die beiden gleichstromführenden Leitungen mittels eines abschaltbaren Widerstands R miteinander verbunden. Dieser
Shunt-Widerstand R wird von einem Schalter 62 zu- oder abge¬ schaltet. Der Schalter 62 wird von einem Motorantrieb 63 (Mo¬ toransteuerung) betätigt. Weiterhin ist ein erster Spannungsmesser 65 (Spannungssensor, Voltmeter) vorgesehen, der die Höhe der von dem Umsetzer 18 ausgegebenen Gleichspannung zwischen dem Ausgang des Tiefpassfilters und dem Schalter 60 misst. Darüber hinaus ist ein zweiter Spannungsmesser 68 vorgesehen, der die Höhe der Gleichspannung umrichterbezogen hinter dem Schalter 60 misst. Diese von dem zweiten Spannungsmesser 68 gemessene Spannung entspricht der an dem Ladekabel 10 anliegenden Spannung.
Der erste Spannungsmesser 65 und der zweite Spannungsmesser 68 geben entsprechende Messwerte an das Stromrichtergerät 53 aus, wo diese in der Steuerung 54 weiter verarbeitet werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann als Stromrichterge¬ rät 53 auch ein PWM-gesteuerter Stromrichter (PWM = Pulsweitenmodulation) mit einer Transistorbrücke (z.B. einer IGBT- Brücke) verwendet werden, an dessen Gleichstromanschluss kein Tiefpassfilter, sondern lediglich ein elektrischer Kondensator als Ausgangskondensator angeordnet ist. Dieser Kondensator kann dann auch zur Kurzschlusserkennung verwendet werden. Das Verfahren läuft in der Vorrichtung folgendermaßen ab: Bei geöffnetem Schalter 60 und geschlossenem Schalter 62 (d. h. die Schalter 60 und 62 haben die in der Figur 3 dargestellte Schaltstellung) wird an der Kapazität/Kondensator C des Tiefpassfilters 56 (und damit am Shunt-Widerstand R) die erste Testspannung Umin eingestellt. Die Testspannung liegt bei der ersten Test-Iteration im Niederspannungsbereich, d. h. die Testspannung weist einen Wert kleiner oder gleich 42 V auf, beispielsweise Umin = 12 V. Daraufhin wird der Gleichstromausgang des Umrichters 18 hochohmig geschaltet und na¬ hezu gleichzeitig (d. h. zeitsynchron mit wenigen ms Zeitdif¬ ferenz) wird der Schalter 60 der Ladeeinrichtung 15 geschlossen und der Schalter 62 geöffnet. Gleichzeitig mit dem
Schließen des Schalters 60 wird also der Widerstand R abge¬ schaltet, d. h. der Schaltungszweig mit dem Widerstand R wird unterbrochen. Jetzt liegt die Kondensatorspannung (die der Testspannung entspricht) an dem Ladekabel 10 an. Danach wird über einen vorgegebenen Zeitraum, der im Allgemeinen zwischen 0,1 s und 0,5 s liegen kann (z.B. 0,3 s), von dem ersten Spannungsmesser 65 die an dem Ladekabel 10 anliegende Spannung gemessen. Die Spannungs-Meßwerte werden in der Steuerung 54 des Stromrichtergeräts 53 verarbeitet. Alternativ kann die Spannung auch von dem zweiten Spannungsmesser 68 gemessen werden oder es können als redundante Spannungsmesser beide Spannungsmesser 65 und 68 gleichzeitig die Spannung messen.
Fällt die gemessene Spannung über den Zeitraum zu schnell ab, d. h. überschreitet die Spannungsänderung einen Schwellwert, so wird dies von dem Stromrichtergerät 53 erkannt. Es wird also erkannt, dass ein Kurzschluss oder ein kurzschlussähnli¬ cher Zustand vorliegt. Daraufhin gibt das Stromrichtergerät 53 ein entsprechendes Fehlersignal aus. Dieses Fehlersignal wird an das Elektrofahrzeug 1 übermittelt. Daraufhin geht die Ladeeinrichtung 15 in einen Fehlerzustand über. In diesem Fehlerzustand kann die Batterie des Elektrofahrzeugs nicht geladen werden.
Ergibt jedoch die Auswertung der Spannungsmeßwerte im Stromrichtergerät 53, dass bei der Testspannung Umin die Spannungsänderung den Schwellwert nicht überschreitet, so wird erkannt, dass kein Kurzschluss bzw. kein kurzschlussähnlicher Zustand vorliegt. In diesem Fall beginnt der Verfahrensablauf mit einer erhöhten Testspannung von Neuem. Der Schalter 60 wird also geöffnet. Gleichzeitig wird der Schalter 62 ge¬ schlossen und damit der Widerstand R zugeschaltet. Dann gibt das Stromrichtergerät an dem Gleichstromausgang eine erhöhte Testspannung aus. Die weiteren Schritte wiederholen sich entsprechend .
Wenn die maximale Testspannung erreicht ist und bei keiner der Testspannungen ein Kurzschluss erkannt wurde, dann gilt der Kurzschlusstest insgesamt als bestanden. Anschließend wird der Schalter 60 wieder geöffnet. Die Ladeeinrichtung 15 teilt dem Elektrofahrzeug 1 mittels eines entsprechenden Sig¬ nals mit, dass die Ladeeinrichtung 15 ladebereit ist und er¬ teilt dem Elektrofahrzeug 1 die Erlaubnis, den fahrzeugseiti- gen Schalter 5 zu schließen. Der Ladevorgang kann nun gestartet werden, indem von dem Umrichter 18 Gleichstrom über den dann wieder zu schließenden Schalter 60 zu der Batterie 3 übertragen wird. Mit diesem Gleichstrom kann dann die Batterie aufgeladen werden.
Die maximale Testspannung beträgt zwischen 100% und 400% der maximalen Ladespannung der Batterie. Im Ausführungsbeispiel beträgt die maximale Ladespannung der Batterie 420 V und die maximale Testspannung 462 V; die maximale Testspannung beträgt 110% der maximalen Ladespannung.
Es wurde ein Verfahren und eine Anordnung beschrieben zum Erkennen eines Kurzschlusses bei einem Ladekabel, das zum lei¬ tungsgebundenen (konduktiven) Aufladen der Batterie eines Elektrofahrzeugs vorgesehen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses bei einem mit einer elektrischen Ladeeinrichtung (15) verbindbaren Ladekabel (10) zum Aufladen einer Batterie (3) eines Elektrofahr- zeugs (1), wobei bei dem Verfahren
- für eine Testspannung ein erster Spannungswert gewählt wird,
- mittels Beaufschlagung des Ladekabels (10) mit dieser Test¬ spannung getestet wird, ob ein Kurzschluss bei dem Ladekabel (10) oder bei einem mit dem Ladekabel verbundenen Kontaktmittel (7,23) vorliegt,
- bei Vorliegen eines Kurzschlusses ein Fehlersignal ausgege¬ ben wird,
- bei Nichtvorliegen eines Kurzschlusses die Testspannung schrittweise bis zu einem maximalen Spannungswert erhöht wird und mittels der erhöhten Testspannung jeweils getestet wird, ob ein Kurzschluss bei dem Ladekabel (10) oder bei dem mit dem Ladekabel verbundenen Kontaktmittel (7,23) vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Verfahren mit dem Ergebnis des Nichtvorliegens eines Kurzschlusses beendet wird, wenn die Testspannung den maxima¬ len Spannungswert erreicht hat und bei den Testspannungen je¬ weils das Nichtvorliegen eines Kurzschlusses erkannt wurde.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
getestet wird, ob ein Kurzschluss bei dem Ladekabel (10) oder bei dem mit dem Ladekabel verbundenen Kontaktmittel (7,23) vorliegt, indem
- ein Kondensator (C) mit der Testspannung aufgeladen wird, - das Ladekabel (10) mit der an dem Kondensator (C) anliegenden Testspannung beaufschlagt wird,
- die an dem Ladekabel (10) anliegende Spannung während einer vorbestimmten Zeitdauer überwacht (65,68) wird,
- das Vorliegen eines Kurzschlusses erkannt wird, wenn eine während der Zeitdauer auftretende Spannungsänderung einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, oder
- das Nichtvorliegen eines Kurzschlusses erkannt wird, wenn die während der Zeitdauer auftretende Spannungsänderung einen vorbestimmten Schwellwert nicht übersteigt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der erste Spannungswert zwischen 1 Volt und 42 Volt be¬ trägt .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der maximale Spannungswert zwischen 100 % und 400 % der ma¬ ximalen Ladespannung der Batterie (3) des Elektrofahrzeugs
(1) beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- bei Verfahrensbeginn das Ladekabel (10) mit einem Kontakt¬ mittel (7) des Elektrofahrzeugs verbunden ist, ein Stromfluss zwischen dem Kontaktmittel (7) des Elektrofahrzeugs und einer Batterie (3) des Elektrofahrzeugs jedoch zunächst unterbunden ist .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- ein Stromflussfreigabesignal von der Ladeeinrichtung (15) zu dem Elektrofahrzeug (1) erst gesendet wird, nachdem das Verfahren mit dem Ergebnis des Nicht orliegens eines Kurz¬ schlusses beendet wurde.
8. Vorrichtung zum Erkennen eines Kurzschlusses bei einem mit einer elektrischen Ladeeinrichtung (15) verbindbaren Ladekabel (10) zum Aufladen einer Batterie (3) eines Elektrofahr- zeugs (1), wobei die Vorrichtung zum Durchführen des Verfah¬ rens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgestaltet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Vorrichtung Teil der Ladeeinrichtung (15) ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der zum Beaufschlagen des Ladekabels (10) mit der Testspannung dienende Kondensator (C) ein Element eines Tiefpassfil¬ ters (56) ist, über den der durch das Ladekabel (10)
fließende Strom fließt.
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