ES2672651T3

ES2672651T3 - Protection circuit layout

Info

Publication number: ES2672651T3
Application number: ES12152679.2T
Authority: ES
Inventors: Checrallah Kachouh; Karlheinz Gallina
Original assignee: Elektro Bauelemente GmbH
Current assignee: Elektro Bauelemente GmbH
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2018-06-15
Anticipated expiration: 2032-01-26
Also published as: ES2672651T5

Abstract

Disposición de circuito de protección para desconectar una corriente de carga facilitada por una estación de carga (1), pudiendo unirse eléctricamente la estación de carga (1) a una unidad de suministro eléctrico (8) para alimentar la corriente de carga, pudiendo unirse un terminal de salida (6) de la estación de carga (1) a través de un cable de carga (2) a un terminal de entrada (7) de un vehículo eléctrico (4) para cargar un acumulador de energía (3) del vehículo eléctrico (4) con la corriente de carga, con una unidad de conmutación (S) para abrir y/o cerrar una línea de corriente de carga, conectada a una unidad de suministro eléctrico, de la estación de carga (1) dependiendo de una señal de desconexión (16), con una unidad de control (ST) para controlar la unidad de conmutación (S) y con una unidad de conmutación de protección de corriente residual (FI) para desconectar la línea de carga al reconocer una corriente residual, caracterizada porque está previsto un circuito de control de desconexión (A1, A2) que, dependiendo de una señal de control de desconexión (S1) generada por una rutina de desconexión que se desarrolla en la unidad de control (ST) y de una señal de estado (Z2) de la unidad de conmutación (S), por una parte, y dependiendo de una señal de estado (Z1) de una línea de señal de carga (CP) que desconecta la corriente de carga, por otra parte, genera la señal de desconexión (11, 16), y porque el circuito de control de desconexión presenta un circuito de control de desconexión de emergencia (A2) con un elemento lógico (12) en cuya entrada están en contacto la señal de control de desconexión (S1) de la unidad de control (ST) y la señal de estado (Z2) que representa el estado de la unidad de conmutación (S), y porque el elemento lógico (12) está constituido de tal manera que, con la presencia de un estado de activación de la señal de control de desconexión (S1) de la unidad de control (ST) y con la presencia de un estado de activación, que representa el mal funcionamiento de la unidad de control (S), de la señal de estado (Z2), se genera la señal de desconexión (16) que desconecta la corriente de carga, y porque la señal de desconexión (16) actúa sobre la unidad de conmutación de protección de corriente residual (FI) de tal manera que se abren las líneas de capacidad de carga.Arrangement of a protection circuit for disconnecting a charging current provided by a charging station (1), the charging station (1) being able to be electrically connected to an electric supply unit (8) to supply the charging current, and a output terminal (6) of the charging station (1) through a charging cable (2) to an input terminal (7) of an electric vehicle (4) to charge an energy accumulator (3) of the vehicle electric (4) with the charging current, with a switching unit (S) to open and / or close a charging current line, connected to an electric supply unit, of the charging station (1) depending on a disconnection signal (16), with a control unit (ST) to control the switching unit (S) and with a residual current protection (FI) switching unit to disconnect the load line by recognizing a residual current, characterized because it is previst or a disconnection control circuit (A1, A2) which, depending on a disconnection control signal (S1) generated by a disconnection routine that is developed in the control unit (ST) and a status signal (Z2 ) of the switching unit (S), on the one hand, and depending on a status signal (Z1) of a load signal line (CP) that disconnects the load current, on the other hand, generates the disconnection signal (11, 16), and because the disconnection control circuit has an emergency disconnection control circuit (A2) with a logic element (12) at whose input the disconnection control signal (S1) of the control unit (ST) and the status signal (Z2) representing the state of the switching unit (S), and because the logic element (12) is constituted in such a way that, with the presence of an activation state of the disconnection control signal (S1) of the control unit (ST) and with the presence ia of an activation state, which represents the malfunction of the control unit (S), of the status signal (Z2), the disconnection signal (16) that disconnects the load current is generated, and because the signal Disconnection (16) acts on the residual current protection (FI) switching unit in such a way that the load capacity lines are opened.

Description

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DESCRIPCIONDESCRIPTION

DISPOSICIÓN DE CIRCUITO DE PROTECCIÓNPROVISION OF PROTECTION CIRCUIT

La invención se refiere a una disposición de circuito de protección según el preámbulo de la reivindicación 1.The invention relates to a protection circuit arrangement according to the preamble of claim 1.

Por la patente DE 10 2009 034 886 A1 es conocida una estación de carga para vehículos eléctricos con una disposición de circuito de protección genérica. Aparte de eso, por la patente EP 1 983 631 A1 está ideado un circuito de corriente con una desconexión de emergencia. En este sentido, está previsto un control para controlar un relé que, en caso necesario, cierra un circuito de corriente de derivación y, con ello, provoca un accionamiento de un conmutador de protección de corriente residual. Este circuito de corriente se usa, por ejemplo, en el accionamiento de máquinas previstas en motores eléctricos.From DE 10 2009 034 886 A1 a charging station for electric vehicles with a generic protection circuit arrangement is known. Apart from that, a current circuit with an emergency disconnection is devised by EP 1 983 631 A1. In this sense, a control is provided to control a relay that, if necessary, closes a bypass current circuit and, thereby, causes a residual current protection switch to be operated. This current circuit is used, for example, in the operation of machines provided in electric motors.

Por la patente DE 10 2009 025 302 A1 se conoce una disposición de circuito para la comunicación entre una estación de carga y un vehículo eléctrico con el fin de señalizar la disponibilidad de carga de la estación de carga con respecto al vehículo eléctrico o la disponibilidad de aceptación de corriente de carga del vehículo eléctrico con respecto a la estación de carga. Aparte de eso, se transmite la máxima corriente de carga mediante una modulación de duración de impulsos (PWM, por sus siglas en inglés) desde la estación de carga al vehículo eléctrico. Estas señales de comunicación son transmitidas a través de una línea de señal de carga de un cable de carga (línea de carga) que une la estación de carga con el vehículo eléctrico, mientras que la propia corriente de carga es transmitida a través de una línea de capacidad de carga unipolar o multipolar del cable de carga. Durante el proceso de carga, en el que el acumulador de energía del vehículo eléctrico es alimentado con la corriente de carga a través del cable de carga desde la estación de carga, el nivel de tensión de la línea de señal de carga se encuentra en un valor relativamente bajo, por ejemplo, 3 V ó 6 V. Si se ha finalizado el proceso de carga y debería desenchufarse el cable de carga de una conexión del vehículo eléctrico o de la estación de carga, el nivel de tensión de la línea de señal de carga aumenta a un valor incrementado, por ejemplo, 9 V. La estación de carga presenta habitualmente una unidad de control con un microcontrolador y una memoria de programas que, mediante una rutina de desconexión (programa de desconexión), genera una señal de desconexión mediante la cual se abre una unidad de conmutación de la línea de capacidad de carga para finalizar el flujo de corriente de carga. Sólo entonces el usuario del vehículo puede desenchufar el cable de carga o puede realizar una facturación de la referencia de corriente de carga. La desconexión de la corriente de carga se realiza de manera asistida por software mediante un programa de control de carga. Si el programa de control de carga presenta un fallo o el sistema se queda colgado, la rutina de desconexión puede fallar, con la consecuencia de que no se desactiva la corriente de carga.From DE 10 2009 025 302 A1 a circuit arrangement is known for the communication between a charging station and an electric vehicle in order to signal the charging availability of the charging station with respect to the electric vehicle or the availability of Acceptance of charging current of the electric vehicle with respect to the charging station. Apart from that, the maximum charging current is transmitted by a pulse duration modulation (PWM) from the charging station to the electric vehicle. These communication signals are transmitted through a charging signal line of a charging cable (charging line) that connects the charging station with the electric vehicle, while the charging current itself is transmitted through a line Unipolar or multipolar load capacity of the charging cable. During the charging process, in which the electric vehicle energy accumulator is fed with the charging current through the charging cable from the charging station, the voltage level of the charging signal line is at a relatively low value, for example, 3 V or 6 V. If the charging process is completed and the charging cable of a connection of the electric vehicle or the charging station should be unplugged, the voltage level of the signal line load increases to an increased value, for example, 9 V. The charging station usually has a control unit with a microcontroller and a program memory that, by means of a disconnection routine (disconnection program), generates a disconnection signal whereby a switching unit of the load capacity line is opened to terminate the flow of charge current. Only then can the user of the vehicle unplug the charging cable or invoice the charging current reference. The disconnection of the load current is carried out in a software-assisted way by means of a load control program. If the load control program has a fault or the system is suspended, the disconnection routine may fail, with the consequence that the load current is not deactivated.

Por eso, el objetivo de la presente invención es idear una disposición de circuito de protección para desconectar una corriente de carga facilitada por una estación de carga de tal manera que esté garantizada de manera sencilla y segura una desconexión de la estación de carga en un estado de funcionamiento normal de la estación de carga o en caso de avería en el que falle la desconexión normal de la corriente de carga.Therefore, the aim of the present invention is to devise a protection circuit arrangement for disconnecting a charging current provided by a charging station such that a disconnection of the charging station in a state is guaranteed in a simple and safe manner. normal operation of the charging station or in case of failure in which the normal disconnection of the charging current fails.

Para resolver este objetivo, la invención presenta las características de la reivindicación 1.To meet this objective, the invention has the characteristics of claim 1.

La disposición de circuito de protección de acuerdo con la invención posibilita una desconexión asistida por hardware y, por eso, segura y fiable de la estación de carga en un estado de funcionamiento normal de la estación de carga y en un caso de emergencia si fallan los medios de accionamiento de la estación de carga previstos para la desconexión de la corriente de carga. La invención prevé un circuito de control de desconexión cableado que, dependiendo de señales de estado de medios de accionamiento eléctricos, a saber, de una línea de señal de carga y/o de una unidad de conmutación de la estación de carga, genera una señal de desconexión que sirve para controlar una unidad de conmutación existente o adicional de la estación de carga. Por la conmutación de esta unidad de conmutación, se abre directa o indirectamente una línea de capacidad de carga, de manera que está finalizada la referencia de corriente de carga o el proceso de carga y el usuario del vehículo puede desenchufar el cable de carga de la caja de enchufe de la estación de carga. Por lo tanto, la invención posibilita ventajosamente que la línea de capacidad de carga se interrumpa de manera segura y la caja de enchufe se desconecte de la tensión. Además, está garantizado que, en un caso de avería de los medios de accionamiento de la estación de carga, pueda facturarse la referencia de corriente de carga y, en cualquier caso pueda extraerse el cable de carga de la estación de carga. Por la emisión de un mensaje de emergencia a una estación de vigilancia remota, puede llamarse al personal de servicio para reparar la estación de carga.The protection circuit arrangement according to the invention enables a hardware-assisted and, therefore, safe and reliable disconnection of the charging station in a normal operating state of the charging station and in an emergency case if the means of actuation of the charging station provided for disconnection of the charging current. The invention provides a wired disconnection control circuit that, depending on status signals of electric actuating means, namely a charging signal line and / or a switching station of the charging station, generates a signal of disconnection used to control an existing or additional switching unit of the charging station. By switching this switching unit, a load capacity line is opened directly or indirectly, so that the charging current reference or the charging process is finished and the user of the vehicle can unplug the charging cable from the plug box of the charging station. Therefore, the invention advantageously enables the load capacity line to be safely interrupted and the plug box disconnected from the voltage. In addition, it is guaranteed that, in the event of a breakdown of the charging station drive means, the charging current reference can be billed and, in any case, the charging cable can be removed from the charging station. For the issuance of an emergency message to a remote surveillance station, service personnel can be called to repair the charging station.

Puede estar previsto un circuito de control de desconexión de comparador mediante el cual puede desconectarse por medio de hardware la corriente de carga en el estado de funcionamiento normal de la estación de carga. Según la invención, para este caso está previsto que la señal de estado de una línea de señal de carga se compare con un valor umbral de desconexión mediante un comparador. El valor umbral de desconexión se encuentra, por ejemplo, en 7,5 V, de manera que una señal de desconexión se genera como señal de salida si el valor de tensión de la línea de señal de carga está aumentado de 3 V ó 6 V a 7,5 V. Por lo tanto, según la invención, el estado de la línea de señal de carga se aprovecha para la detección de si la corriente de carga debería o no desconectarse. EnA comparator disconnection control circuit can be provided by means of which the charging current in the normal operating state of the charging station can be disconnected by hardware. According to the invention, for this case it is provided that the status signal of a load signal line is compared with a cut-off threshold value by means of a comparator. The disconnection threshold value is, for example, 7.5 V, so that a disconnection signal is generated as an output signal if the voltage value of the load signal line is increased by 3 V or 6 V at 7.5 V. Therefore, according to the invention, the state of the load signal line is used to detect whether or not the load current should be disconnected. In

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principio, el valor umbral de desconexión debería estar predeterminado de una manera fija. Debería estar elegido de manera que (si la señal de estado sobrepasa el valor umbral de desconexión) pueda suponerse con certeza que ya no debería realizarse ninguna referencia a la corriente de carga. Por lo tanto, el comparador posibilita ventajosamente una evaluación segura de la línea de señal de carga en cuanto a si existe o no una demanda de corriente de carga por parte del vehículo.In principle, the cut-off threshold value should be predetermined in a fixed way. It should be chosen so that (if the status signal exceeds the cut-off threshold value) it can be assumed with certainty that no reference to the load current should be made. Therefore, the comparator advantageously enables a safe evaluation of the load signal line as to whether or not there is a demand for load current by the vehicle.

Opcionalmente, el control de desconexión del comparador realizado en el hardware puede estar previsto adicionalmente a una rutina de desconexión ejecutada en el software. Con ello, se crea una redundancia de desconexión para el funcionamiento normal de la estación de carga, que aumenta aún más la seguridad y fiabilidad.Optionally, the comparator disconnection control performed on the hardware can be provided in addition to a disconnection routine executed in the software. This creates a disconnection redundancy for normal operation of the charging station, which further increases safety and reliability.

Según un perfeccionamiento de la primera forma de realización de la invención, la unidad de conmutación está conformada como un contactor, que está presente de todos modos en la estación de carga para conectar y desconectar la línea de capacidad de carga unida a una unidad de suministro eléctrico. El contactor puede conmutar de manera acoplada, por ejemplo, una pluralidad de líneas de capacidad de carga. Por ejemplo, el contactor puede presentar propiedades de seccionador. Según un perfeccionamiento de la invención, la unidad de conmutación está constituida de manera que, con los contactos abiertos en un sistema monofásico, está proporcionada una resistencia a la sobretensión de hasta 3 kV y, en un sistema trifásico, está proporcionada una resistencia a la sobretensión de hasta 5 kV. Con ello, está realizada ventajosamente una unidad de conmutación de la categoría 3 de sobretensión. Por ejemplo, la unidad de conmutación puede estar constituida como un contactor cuyos contactos presentan en el estado abierto los espacios de aire y de fuga necesarios para ello.According to an improvement of the first embodiment of the invention, the switching unit is formed as a contactor, which is still present in the charging station to connect and disconnect the load capacity line attached to a supply unit electric. The contactor can switch in a coupled manner, for example, a plurality of load capacity lines. For example, the contactor may have disconnector properties. According to an improvement of the invention, the switching unit is constituted so that, with the contacts open in a single-phase system, an overvoltage resistance of up to 3 kV is provided and, in a three-phase system, a resistance to the surge of up to 5 kV. With this, an overvoltage category 3 switching unit is advantageously realized. For example, the switching unit may be constituted as a contactor whose contacts present the necessary air and leakage spaces in the open state.

Según la invención, está previsto un circuito de control de desconexión de emergencia que presenta un elemento lógico en cuya entrada están en contacto, por una parte, una señal de control de desconexión de la unidad de control y, por otra parte, una señal de estado de la unidad de conmutación. La señal de control de desconexión de la unidad de conmutación y la señal de estado de la unidad de conmutación se enlazan de tal manera que la apertura de la línea de capacidad de carga que provoca la señal de desconexión sólo se genera si está presente un fallo en la unidad de conmutación. Por ejemplo, el fallo puede deberse a una adherencia de la unidad de conmutación conformada como contactor. Por ejemplo, la señal de un contacto auxiliar puede servir como una señal de estado del contactor. Si la señal de estado de la unidad de conmutación se encuentra en un estado de activación que requiere la desconexión de emergencia, por una parte, y la señal de control de desconexión de la unidad de conmutación se encuentra asimismo en un estado de activación que exige la desconexión de corriente de carga, el elemento lógico genera una señal de desconexión que actúa sobre una unidad de conmutación separada de tal manera que se abren las líneas de capacidad de carga.According to the invention, an emergency disconnection control circuit is provided that has a logic element at whose input a disconnection control signal from the control unit and, on the other hand, a signal from the control are in contact. state of the switching unit. The disconnection control signal of the switching unit and the status signal of the switching unit are linked in such a way that the opening of the load capacity line that causes the disconnection signal is only generated if a fault is present. in the switching unit. For example, the fault may be due to an adhesion of the switching unit formed as a contactor. For example, the signal from an auxiliary contact can serve as a contactor status signal. If the status signal of the switching unit is in an activation state that requires emergency disconnection, on the one hand, and the switching control signal of the switching unit is also in an activation state that requires When the load current is disconnected, the logic element generates a disconnection signal that acts on a separate switching unit in such a way that the load capacity lines are opened.

Según un perfeccionamiento del segundo modo de realización de la invención, la unidad de conmutación que desconecta la corriente de carga está conformada como una unidad de conmutación de emergencia separada que produce una conexión eléctrica entre la línea de capacidad de carga, por una parte, y una línea de protección o la línea neutra, por otra parte. Con ello, se simula en el sistema un cortocircuito que da como resultado el disparo de una unidad de conmutación de protección de corriente residual. En este sentido, una idea fundamental es desviar al menos parcialmente la corriente de carga de manera que dispare la unidad de conmutación de protección de corriente residual. Por lo tanto, la línea de capacidad de carga que guía la corriente de carga se abre de manera segura en el estado de emergencia, cumpliéndose todas las propiedades de un aparato de conmutación de seccionador, a excepción de la indicación de estado de conmutación, y realizándose funciones de seccionador. Es posible un corte fiable de la línea de capacidad de carga sin accionamiento forzado del contactor, y el propio contactor puede presentar propiedades de seccionador en cuanto a espacios de aire y de fuga.According to an improvement of the second embodiment of the invention, the switching unit that disconnects the charging current is formed as a separate emergency switching unit that produces an electrical connection between the load capacity line, on the one hand, and a protection line or the neutral line, on the other hand. With this, a short circuit is simulated in the system that results in the trip of a residual current protection switching unit. In this sense, a fundamental idea is to at least partially divert the load current so that the residual current protection switching unit trips. Therefore, the load capacity line that guides the load current opens safely in the emergency state, fulfilling all the properties of a switch disconnector, except for the indication of switching status, and performing disconnector functions. Reliable cutting of the load capacity line without forced actuation of the contactor is possible, and the contactor itself can have disconnector properties in terms of air and leakage spaces.

Según un perfeccionamiento de la segunda forma de realización, está prevista una unidad de conmutación de emergencia controlable con la señal de desconexión que, en el estado de emergencia, produce una conexión eléctrica entre la línea neutra y la línea de protección de tal manera que se dispara la unidad de conmutación de protección de corriente residual. Por ejemplo, para ello puede estar prevista una unidad de inyección de corriente que interactúa con la unidad de conmutación de emergencia e inyecta una corriente en la conexión eléctrica entre la línea neutra y la línea de protección. De esta manera, la unidad de conmutación de protección de corriente residual también puede dispararse por el accionamiento de la unidad de conmutación de emergencia y puede abrirse la línea de carga.According to an improvement of the second embodiment, a controllable emergency switching unit is provided with the disconnection signal which, in the emergency state, produces an electrical connection between the neutral line and the protection line such that trips the residual current protection switching unit. For example, a current injection unit that interacts with the emergency switching unit and injects a current into the electrical connection between the neutral line and the protection line can be provided. In this way, the residual current protection switching unit can also be triggered by the emergency switching unit actuation and the charging line can be opened.

La unidad de inyección de corriente puede estar conformada, por ejemplo, como una fuente de alimentación en modo conmutado, como una batería o un acumulador o como un transformador. Por ejemplo, la unidad de inyección de corriente puede estar conformada como una unidad de inyección de corriente de seguridad que se acciona a una tensión baja. Con una tensión alterna, este es el caso hasta un valor eficaz de 50 V y con una tensión continua, hasta 120 V.The current injection unit may be formed, for example, as a switching mode power supply, such as a battery or an accumulator or as a transformer. For example, the current injection unit may be shaped as a safety current injection unit that is operated at a low voltage. With an alternating voltage, this is the case up to an effective value of 50 V and with a continuous voltage, up to 120 V.

Según un perfeccionamiento de la segunda forma de realización, un consumidor eléctrico, en particular una unidad calefactora para calentar medios de accionamiento de la estación de carga, puede estar conformado en serie respecto a la unidad de conmutación de emergencia. La energía eléctrica bifurcada necesaria para la desconexión puede aprovecharse ventajosamente para medios de accionamiento de la estación de carga. Aparte de eso, por la conexión del consumidor está creadaAccording to an improvement of the second embodiment, an electric consumer, in particular a heating unit for heating means of actuating the charging station, can be formed in series with respect to the emergency switching unit. The bifurcated electrical energy necessary for disconnection can be advantageously used for actuating means of the charging station. Apart from that, the consumer connection is created

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una resistencia a la corriente constante, y por el uso de componentes existentes de todos modos puede crearse una solución económica.a constant current resistance, and by the use of existing components anyway an economic solution can be created.

Según un perfeccionamiento de la invención, la unidad de conmutación de emergencia está prevista en serie con un arrollamiento secundario de un transformador que sirve como unidad de inyección de corriente. La seguridad puede mejorarse aún más por la previsión del transformador. Para ello, el transformador puede estar constituido, por ejemplo, como transformador de seguridad resistente a cortocircuitos (transformador de timbre). En el área del lado secundario, puede ajustarse una tensión baja, en particular 24 V o menos, preferentemente 8 V. En el lado primario del transformador, puede ajustarse una tensión primaria fija no modificable (por ejemplo, 230 V).According to an improvement of the invention, the emergency switching unit is provided in series with a secondary winding of a transformer that serves as a current injection unit. Safety can be further enhanced by the forecast of the transformer. For this, the transformer can be constituted, for example, as a short-circuit resistant safety transformer (bell transformer). In the area of the secondary side, a low voltage can be adjusted, in particular 24 V or less, preferably 8 V. On the primary side of the transformer, a non-modifiable fixed primary voltage can be set (for example, 230 V).

La unidad de conmutación de emergencia y el transformador pueden estar previstos entre la línea de protección, por una parte, y la línea de carga o la línea neutra, por otra parte. Desde el punto de vista de la seguridad, resulta ventajosa en particular una disposición entre la línea de protección y la línea neutra.The emergency switching unit and the transformer may be provided between the protection line, on the one hand, and the load line or the neutral line, on the other hand. From the point of view of safety, an arrangement between the protection line and the neutral line is particularly advantageous.

Por ejemplo, la unidad de conmutación de protección de corriente residual puede diseñarse de tal manera que, en el caso de una corriente residual de 30 mA o más, el terminal de salida es desconectada de la tensión o la línea de carga es cortada. Ventajosamente, el umbral de conmutación de 30 mA está elegido de tal manera que, por una parte, se toleren fluctuaciones en el rango habitual sin que se dispare la unidad de conmutación de protección de corriente residual y se interrumpa el proceso de carga y, por otra parte, se corte la línea de carga en cuanto la corriente residual sobrepase la medida tolerada y aparezca un fallo crítico de seguridad. En este sentido, el valor umbral es un compromiso que garantiza un proceso de carga estable, por una parte, y un funcionamiento seguro de la estación de carga, por otra parte.For example, the residual current protection switching unit can be designed such that, in the case of a residual current of 30 mA or more, the output terminal is disconnected from the voltage or the load line is cut. Advantageously, the switching threshold of 30 mA is chosen such that, on the one hand, fluctuations in the usual range are tolerated without triggering the residual current protection switching unit and the charging process is interrupted and, by On the other hand, the load line is cut off as soon as the residual current exceeds the tolerated measurement and a critical safety fault appears. In this sense, the threshold value is a commitment that guarantees a stable charging process, on the one hand, and a safe operation of the charging station, on the other hand.

Otras ventajas de la invención se deducen de las otras reivindicaciones secundarias.Other advantages of the invention are deduced from the other secondary claims.

A continuación, se explica con más detalle un ejemplo de realización de la invención mediante los dibujos.Next, an embodiment of the invention is explained in more detail by means of the drawings.

Muestran:They show:

figura 1 un diagrama de bloques de una disposición de circuito de protección de acuerdo con la invención,1 shows a block diagram of a protection circuit arrangement according to the invention,

figura 2 un esquema de conexiones de un circuito de control de desconexión de comparador, figura 3 un esquema de conexiones de un circuito de control de desconexión de emergencia, figura 4 una disposición alternativa para disparar una unidad de conmutación de protección de corriente residual de la disposición de circuito de protección según la figura 1, y figura 5 otra forma de realización alternativa de la disposición para disparar la unidad de conmutación de protección de corriente residual.figure 2 a connection diagram of a comparator disconnection control circuit, figure 3 a connection scheme of an emergency disconnection control circuit, figure 4 an alternative arrangement for firing a residual current protection switching unit of the protection circuit arrangement according to figure 1, and figure 5 another alternative embodiment of the arrangement for firing the residual current protection switching unit.

Una disposición de circuito de protección de acuerdo con la invención está dispuesta dentro de una estación de carga 1 que, a través de un cable de carga 2, sirve para transmitir energía eléctrica a un acumulador de energía 3 de un vehículo eléctrico 4. Además del acumulador de energía 3, el vehículo eléctrico presenta un aparato de control de acumulación de energía 5. que se comunica con la unidad de control ST de la estación de carga 1 a través del cable de carga 2.A protection circuit arrangement according to the invention is disposed within a charging station 1 which, through a charging cable 2, serves to transmit electrical energy to an energy accumulator 3 of an electric vehicle 4. In addition to the Energy accumulator 3, the electric vehicle has an energy accumulation control device 5. which communicates with the control unit ST of the charging station 1 through the charging cable 2.

El cable de carga 2 en el lado de extremo de enchufes está unido eléctrica y mecánicamente a un terminal de salida 6 correspondiente (caja de enchufe) de la estación de carga 1 y por el otro a un terminal de entrada (enchufe) 7 del vehículo eléctrico 4. El cable de carga 2 forma una línea de carga que presenta, por una parte, preferentemente una línea de capacidad de carga multipolar (líneas de capacidad de carga L1, L2, L3), una línea neutra N, una línea de protección PE así como una línea de señal de carga CP. La línea de señal de carga CP sirve para la comunicación entre la estación de carga 1 y el vehículo eléctrico 4 y contiene la información sobre la máxima corriente de carga continua que se transmite mediante la línea de carga 2. Esta corriente de carga máxima se transmite mediante una modulación de duración de impulsos (PWM) a través de la línea de señal de carga CP.The charging cable 2 on the plug end side is electrically and mechanically connected to a corresponding output terminal 6 (plug box) of the charging station 1 and on the other to an input terminal (plug) 7 of the vehicle electrical 4. The charging cable 2 forms a charging line that has, on the one hand, preferably a multipolar load capacity line (load capacity lines L1, L2, L3), a neutral line N, a protection line PE as well as a CP load signal line. The load signal line CP serves for communication between the charging station 1 and the electric vehicle 4 and contains the information about the maximum continuous charging current that is transmitted by the charging line 2. This maximum charging current is transmitted by a pulse duration modulation (PWM) through the CP load signal line.

Si un vehículo eléctrico 4 está conectado a través de la línea de carga 2 a la estación de carga 1, en el estado de funcionamiento normal, la corriente de carga que recibe la estación de carga 1 desde una unidad de suministro eléctrico 8 (red eléctrica) se transmite al acumulador de energía 3 del vehículo 4 a través de las líneas de capacidad de carga L1, L2, L3. El control del proceso de carga es provocado por la unidad de control ST, que emite las señales de control correspondientes a los medios de conmutación correspondientes. Como otro medio de accionamiento, la estación de carga 1 puede presentar, por ejemplo, un rectificador no representado. Asimismo, puede estar previsto un rectificador en el vehículo 4.If an electric vehicle 4 is connected via the charging line 2 to the charging station 1, in the normal operating state, the charging current received by the charging station 1 from an electric supply unit 8 (power grid ) is transmitted to the energy accumulator 3 of the vehicle 4 through the load capacity lines L1, L2, L3. The control of the charging process is caused by the control unit ST, which emits the corresponding control signals to the corresponding switching means. As another actuating means, the charging station 1 can have, for example, a rectifier not shown. Likewise, a rectifier may be provided in the vehicle 4.

En el estado de funcionamiento normal, el proceso de carga se finaliza por que se genera una señal Z1' correspondiente a través de la línea de señal de carga CP. Por ejemplo, se aumenta nominalmente una tensión de 3 V ó 6 V nominalmente a 9 V. La señal de tensión Z1' está proporcionada directamente o (como está representado) a través de la unidad de control indirectamente como señal de estado Z1 al control de desconexión del comparador A1 con un comparador 9. Como es evidente con más detalle por la figura 2, la señal de estado Z1 es comparada mediante un diferenciador con un valor umbral de desconexión y es generada una señal de salida 11 sobre la base de la comparación. El comparador 9 presenta un diferenciador 10 que genera la señal de desconexión 11 en cuanto la señal de estado Z1 sobrepasa un valor de tensión de 7,5 V. En este sentido, la línea de señal de carga CP sirve como equipo de detección de desconexión porque, durante el proceso de carga, el valor de tensión aplicado a la línea de señal de carga CP asciendeIn the normal operating state, the charging process is terminated by a corresponding signal Z1 'being generated through the load signal line CP. For example, a voltage of 3 V or 6 V is nominally increased nominally to 9 V. The voltage signal Z1 'is provided directly or (as represented) through the control unit indirectly as a status signal Z1 to the control of disconnection of comparator A1 with a comparator 9. As is evident in more detail from Figure 2, the status signal Z1 is compared by a differentiator with a cut-off threshold value and an output signal 11 is generated based on the comparison . The comparator 9 has a differentiator 10 that generates the disconnection signal 11 as soon as the status signal Z1 exceeds a voltage value of 7.5 V. In this sense, the load signal line CP serves as disconnection detection equipment. because, during the charging process, the voltage value applied to the load signal line CP rises

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fundamentalmente a 3 V ó 6 V y se aumenta a 9 V para identificar la solicitud de desconexión. Si el valor de la señal de estado Z1 sobrepasa el valor umbral de desconexión de 8 V, el comparador genera la señal de desconexión 11. Con la señal de desconexión 11, se somete una unidad de conmutación S, que está configurada, por ejemplo, como un contactor S. Las líneas de capacidad de carga L1, L2, L3 se conmutan a través del contactor S.fundamentally to 3 V or 6 V and it is increased to 9 V to identify the disconnection request. If the value of the status signal Z1 exceeds the cut-off threshold value of 8 V, the comparator generates the disconnect signal 11. With the disconnect signal 11, a switching unit S is submitted, which is configured, for example, as an S contactor. The load capacity lines L1, L2, L3 are switched through the contactor S.

Aparte de eso, la disposición del circuito de protección comprende un segundo circuito de control de desconexión de emergencia A2, que está formado fundamentalmente por un elemento lógico 12 y un circuito de retardo 13, que actúa sobre una unidad de conmutación de emergencia (relé 14) y un consumidor 15 eléctrico (figura 3). El relé 14 y el consumidor 15 eléctrico están dispuestos en serie entre sí entre una conexión de la primera línea de capacidad de carga L1 y la línea de señal de carga PE conformada como línea de protección. El segundo circuito de control de desconexión de emergencia A2 está previsto para provocar una desconexión de la corriente de carga si el contactor S está defectuoso, es decir, está atascado o similar. En este sentido, se genera una señal de desconexión 16 si la señal de control de desconexión S1 señaliza una desconexión y una señal de estado Z2 que identifica el estado de conmutación del contactor S indica que el contactor S no está abierto.Apart from that, the protection circuit arrangement comprises a second emergency disconnection control circuit A2, which is essentially formed by a logic element 12 and a delay circuit 13, which acts on an emergency switching unit (relay 14 ) and an electric consumer 15 (figure 3). The relay 14 and the electric consumer 15 are arranged in series with each other between a connection of the first load capacity line L1 and the load signal line PE formed as a protection line. The second emergency disconnection control circuit A2 is intended to cause a disconnection of the load current if the contactor S is defective, that is, it is jammed or the like. In this sense, a disconnection signal 16 is generated if the disconnection control signal S1 signals a disconnection and a status signal Z2 identifying the switching state of the contactor S indicates that the contactor S is not open.

El elemento lógico 12 está constituido como un elemento lógico NOR en el que, por el lado de entrada, están en contacto la señal de control de desconexión S1 de la unidad de control ST y la señal de estado Z2 del contactor S. Una señal de desconexión 16 para controlar el relé 14 (unidad de conmutación de emergencia) en el sentido de una conexión eléctrica entre la línea de capacidad de carga L1 y la línea de señal de carga PE sólo se genera cuando las entradas al elemento lógico NOR se encuentran en el estado L. La señal de estado S1 de la unidad de control ST se encuentra en el estado L o en un estado de activación que provoca la desconexión de la corriente de carga, que ocasionaría la conexión de la corriente de carga si el contactor S no estuviera defectuoso. La señal de estado de protección Z2 se encuentra en el estado de activación o en el estado L si el contactor S está defectuoso. Para detectar el estado de conmutación del contactor S, se transmite una señal de contacto auxiliar Z2' correspondiente a la unidad de control ST, en la que se procesa y se establece como señal de estado Z2 a la entrada del elemento lógico NOR 12. Como alternativa, la señal de contacto auxiliar Z2' puede conectarse al elemento lógico 12 evitando la unidad de control ST.The logic element 12 is constituted as a logic element NOR in which, on the input side, the disconnection control signal S1 of the control unit ST and the status signal Z2 of the contactor S. are in contact. disconnection 16 to control the relay 14 (emergency switching unit) in the sense of an electrical connection between the load capacity line L1 and the load signal line PE is only generated when the inputs to the logic element NOR are in state L. The status signal S1 of the control unit ST is in state L or in an activation state that causes the disconnection of the load current, which would cause the connection of the load current if the contactor S It was not defective. The protection status signal Z2 is in the activation state or in the state L if the contactor S is defective. To detect the switching state of the contactor S, an auxiliary contact signal Z2 'corresponding to the control unit ST is transmitted, in which it is processed and set as a status signal Z2 to the input of logic element NOR 12. As Alternatively, the auxiliary contact signal Z2 'can be connected to logic element 12 avoiding the control unit ST.

Si el contactor S no estuviera defectuoso, la señal de estado de protección Z2 se encontraría en el estado H. El contactor S se dispararía en este estado de funcionamiento normal a causa del estado L de la señal de control de desconexión S1 y desconectaría la corriente de carga. En caso de avería del contactor S, el elemento lógico 12 provoca la señal de desconexión 16 después de que se retrasase mediante el circuito de retardo 13 para generar una señal de desconexión segura. La señal de desconexión 16 controla el relé 14, de manera que una «corriente residual» I puede fluir a través del conductor de protección PE y, por lo tanto, dispara una unidad de conmutación de protección de corriente residual FI, que abre la línea de capacidad de carga L1. Por lo tanto, la corriente de carga está desconectada, de manera que el cable de carga 2 puede extraerse de la estación de carga 1.If the contactor S was not defective, the protection status signal Z2 would be in the H state. The contactor S would trip in this normal operating state because of the L state of the disconnect control signal S1 and disconnect the current. loading In case of failure of the contactor S, the logic element 12 causes the disconnection signal 16 after it is delayed by the delay circuit 13 to generate a safe disconnection signal. The disconnection signal 16 controls the relay 14, so that a "residual current" I can flow through the protective conductor PE and, therefore, triggers a residual current protection switching unit FI, which opens the line of load capacity L1. Therefore, the charging current is disconnected, so that the charging cable 2 can be extracted from the charging station 1.

El consumidor 15 eléctrico puede estar constituido como una resistencia o, por ejemplo, como una unidad calefactora para calentar medios de accionamiento de la estación de carga 1.The electric consumer 15 may be constituted as a resistor or, for example, as a heating unit for heating actuating means of the charging station 1.

Según una forma de realización alternativa no representada, la misma estación de carga 1 también puede presentar o bien el primer circuito de control de desconexión de emergencia A1 o bien el segundo circuito de control de desconexión de emergencia A2.According to an alternative embodiment not shown, the same charging station 1 may also have either the first emergency disconnection control circuit A1 or the second emergency disconnection control circuit A2.

En una disposición alternativa para desconectar la corriente de carga en caso de defectos, en particular de un contactor atascado, de acuerdo con la figura 4, está previsto que el relé 14 y la resistencia 15 (consumidor eléctrico) conmutado en serie para ello estén previstos entre la línea de carga L3 y la línea neutra N. En este sentido, se encuentran los puntos de conexión de los lados opuestos de la unidad de conmutación de protección de corriente residual FI, es decir, la conexión eléctrica prevista entre la línea neutra N y la línea de carga L3 con el relé 14 y la resistencia 15 se hace pasar por la unidad de conmutación de protección de la corriente residual FI o la «puentea». Como es habitual, la señal de desconexión 16 generada a través del segundo circuito de control de desconexión de emergencia A2 es utilizada para accionar el relé 14. En el caso del relé 14 cerrado, la corriente residual I fluye, evitando la unidad de conmutación de protección de corriente residual FI, entre la línea de carga L3 y la línea neutra N. Como consecuencia de este flujo de corriente entre la línea neutra N y la línea de carga L3, la unidad de conmutación de protección de corriente residual FI se dispara con la consecuencia de que la corriente de carga está interrumpida y el cable de carga 2 puede extraerse de la estación de carga 1.In an alternative arrangement for disconnecting the load current in case of defects, in particular of a clogged contactor, according to Figure 4, it is provided that the relay 14 and the resistor 15 (electric consumer) switched in series for this purpose are provided between the load line L3 and the neutral line N. In this sense, there are the connection points of the opposite sides of the residual current protection switching unit FI, that is, the expected electrical connection between the neutral line N and the load line L3 with the relay 14 and the resistor 15 is passed through the residual current protection switching unit FI or the "bridge". As usual, the disconnection signal 16 generated through the second emergency disconnection control circuit A2 is used to operate the relay 14. In the case of the closed relay 14, the residual current I flows, avoiding the switching unit of residual current protection FI, between the load line L3 and the neutral line N. As a consequence of this current flow between the neutral line N and the load line L3, the residual current protection switch unit FI trips with the consequence that the charging current is interrupted and the charging cable 2 can be extracted from the charging station 1.

En el marco de la invención, de manera divergente de la representación según la figura 4, la línea de carga L3 puede unirse delante y la línea neutra N puede unirse detrás de la unidad de conmutación de protección de corriente residual FI. En este sentido, únicamente es importante que las líneas L3, N se tomen en lados opuestos de la unidad de conmutación de protección de corriente residual FI y que el relé 14 que presenta conexión eléctrica no se guíe a través de la unidad de conmutación de protección de corriente residual o la evite. Asimismo, en lugar de la línea de carga L3, puede conectarse a la línea neutra N cualquier otra línea de carga L1, L2.In the context of the invention, divergently from the representation according to Figure 4, the load line L3 can be joined in front and the neutral line N can be joined behind the residual current protection switching unit FI. In this sense, it is only important that the lines L3, N are taken on opposite sides of the residual current protection switching unit FI and that the relay 14 having an electrical connection is not guided through the protective switching unit of residual current or avoid it. Also, instead of the load line L3, any other load line L1, L2 can be connected to the neutral line N.

Otra disposición alternativa de acuerdo con la figura 5 prevé que entre la línea de protección PE y la línea neutra N interactúen el relé 14 y un transformador 17 como una unidad de inyección de corriente. El transformador 17 está constituido, por ejemplo, como un transformador de seguridad 17 resistente aAnother alternative arrangement according to Figure 5 provides that the relay 14 and a transformer 17 interact as a current injection unit between the protection line PE and the neutral line N. The transformer 17 is constituted, for example, as a safety transformer 17 resistant to

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cortocircuitos (transformador de timbre), cuyo entrehierro está elegido de manera que, incluso en el caso de un cortocircuito de un arrollamiento secundario del transformador 17, no se produzca ningún calentamiento inadmisible. En este sentido, el arrollamiento secundario del transformador 17 está conmutado en serie respecto a la unidad de conmutación de emergencia (relé 14). Un lado primario 19 del transformador de seguridad 17 está diseñado, por ejemplo, para una tensión de 230 V y un lado secundario 18 para una tensión baja de 8 V.short circuits (bell transformer), whose air gap is chosen so that, even in the case of a short circuit of a secondary winding of the transformer 17, no inadmissible heating occurs. In this sense, the secondary winding of the transformer 17 is switched in series with respect to the emergency switching unit (relay 14). A primary side 19 of the safety transformer 17 is designed, for example, for a voltage of 230 V and a secondary side 18 for a low voltage of 8 V.

La disposición alternativa de acuerdo con la figura 5 puede estar prevista, por ejemplo, en una estación de carga dispuesta de manera distribuida, una denominada disposición maestro-esclavo. En este sentido, un componente central de la estación de carga (maestro) está dispuesto en un primer lugar y al menos uno, por regla general, una pluralidad, de componentes descentralizados (esclavos) están dispuestos de manera remota del primer componente, por ejemplo, en un aparcamiento. Por ejemplo, el componente central contiene el segundo control, mientras que en los componentes descentralizados están previstos los terminales de salida 6. Los componentes descentralizados están asignados espacialmente, por ejemplo, a los aparcamientos individuales, mientras que el componente central puede estar previsto, por ejemplo, protegido por un alero, en el área de la entrada o salida del aparcamiento. La configuración de la disposición maestro-esclavo puede ser, por ejemplo, de manera que el transformador de seguridad 17 y la unidad de conmutación de protección de corriente residual FI estén previstos en el componente descentralizado (esclavo) y el relé 14 esté previsto en el componente central (maestro).The alternative arrangement according to Figure 5 may be provided, for example, in a distributed station arranged in a distributed manner, a so-called master-slave arrangement. In this sense, a central component of the charging station (master) is arranged in a first place and at least one, as a rule, a plurality of decentralized components (slaves) are arranged remotely from the first component, for example , in a parking lot. For example, the central component contains the second control, while in the decentralized components the output terminals 6 are provided. The decentralized components are spatially assigned, for example, to the individual car parks, while the central component may be provided, by example, protected by an eave, in the area of the entrance or exit of the parking lot. The configuration of the master-slave arrangement can be, for example, so that the safety transformer 17 and the residual current protection switching unit FI are provided in the decentralized component (slave) and the relay 14 is provided in the central component (master).

En las distintas configuraciones, la unidad de conmutación de protección de corriente residual FI puede estar diseñada de manera que, en el caso de la corriente residual I de 30 mA o más, se desconecte la corriente de carga.In the various configurations, the residual current protection switching unit FI may be designed such that, in the case of residual current I of 30 mA or more, the load current is disconnected.

Los mismos componentes y funciones de componente están caracterizados por las mismas referencias.The same components and component functions are characterized by the same references.

Claims

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1. Protection circuit arrangement for disconnecting a charging current provided by a charging station (1), the charging station (1) being able to be electrically connected to an electric supply unit (8) to supply the charging current, being able to joining an output terminal (6) of the charging station (1) through a charging cable (2) to an input terminal (7) of an electric vehicle (4) to charge an energy accumulator (3) of the electric vehicle (4) with the charging current, with a switching unit (S) to open and / or close a charging current line, connected to an electric supply unit, of the charging station (1) depending of a disconnection signal (16), with a control unit (ST) to control the switching unit (S) and with a residual current protection (FI) switching unit to disconnect the load line when recognizing a current residual, characterized in that it is foreseen This is a disconnection control circuit (A1, A2) which, depending on a disconnection control signal (S1) generated by a disconnection routine that is developed in the control unit (ST) and a status signal (Z2 ) of the switching unit (S), on the one hand, and depending on a status signal (Z1) of a load signal line (CP) that disconnects the load current, on the other hand, generates the disconnection signal (11, 16), and because the disconnection control circuit has an emergency disconnection control circuit (A2) with a logic element (12) at whose input the disconnection control signal (S1) of the control unit (ST) and the status signal (Z2) representing the state of the switching unit (S), and because the logic element (12) is constituted in such a way that, with the presence of an activation state of the disconnection control signal (S1) of the control unit (ST) and with the pres Upon an activation state, which represents the malfunction of the control unit (S), of the status signal (Z2), the disconnection signal (16) that disconnects the load current is generated, and because the signal Disconnection (16) acts on the residual current protection (FI) switching unit in such a way that the load capacity lines are opened.

2. Protection circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the disconnection control circuit has a comparator disconnection control circuit (A1) with a comparator (9) at whose input the status signal (Z1) is in contact. ) which represents the status of the load signal line (CP), and because the comparator (9) compares the status signal (Z1) with a cut-off threshold value and generates an output signal (11) depending on the comparison .

3. Protection circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the comparator (9) has a differentiator (10) and / or that the comparator (9) has a suppressor diode.

4. Protection circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the switching unit (S) is constituted as a contactor.

5. Protection circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the switching unit (S) is constituted in such a way that, with the contacts open in a single-phase system, a resistance to the overvoltage of at minus 3 kV and, in a three-phase system, an overvoltage resistance of at least 5 kV is manufactured.

6. Protection circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the switching unit (S) is constituted in such a way that a plurality of lines of load capacity (L1, L2, L3) of the load line.

7. Protection circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the logic element is constituted as a NOR logic element (12) and because the activation states of the status signal (Z2) and the disconnection control signal ( S1) are costituted as L states.

8. Protection circuit arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that a delay circuit (13) is connected to the output side of the logic element (12).

9. Protection circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that an emergency switching unit (14) controllable with the disconnection signal (16) is provided which, in the emergency state, produces an electrical connection between at least one load capacity line (L1, L2, L3), on the one hand, and a protection line (PE) or the neutral line (N), on the other hand, between connection points on opposite sides of the residual current protection (FI) switching unit such that the residual current protection (FI) switching unit is triggered.

10. Protection circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that an emergency switching unit (14) controllable with the disconnection signal (16) is provided which, in the emergency state, produces an electrical connection between the line

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neutral (N) and the protection line (PE) in such a way that the residual current protection (FI) switching unit is tripped.

11. Protection circuit arrangement according to claim 10, characterized in that the emergency switching unit (14) interacts with a current injection unit (transformer 17) such that a current is injected into the electrical connection between the line neutral (N) and protection line (PE).

12. Protection circuit arrangement according to claim 11, characterized in that the current injection unit (transformer 17) is constituted as a safety current injection unit operable at a low voltage, and / or because the injection unit of current is constituted as a transformer (17), a secondary winding (18) of the transformer (17) being arranged in series with the emergency switching unit (14) and / or being in contact with a fixed transformer voltage on a primary side (primary winding 19) of the transformer (17).

13. Protection circuit arrangement according to one of claims 9 to 12, characterized in that the emergency switching unit (14) is switched in series with an electric consumer (15), in particular with an electric consumer (15) designed to be rugged mode

14. Protection circuit arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the emergency switching unit (14) is constituted as a relay.