DE102012208120A1 - Charging device for charging energy store of electric car, has measurement unit that detects output energy and overcurrent produced by charging device, and control unit processes measurement values acquired from measurement unit - Google Patents

Charging device for charging energy store of electric car, has measurement unit that detects output energy and overcurrent produced by charging device, and control unit processes measurement values acquired from measurement unit Download PDF

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Abstract

The charging device (1) has a switch unit (2) for switching on/off of three-phase charge current. A measurement unit (3) detects the output energy, error and overcurrent produced by the charging device. A control unit (4) evaluates and processes the measurement values acquired from the measurement unit. An independent claim is included for method for operating charging device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Aufladen von Energiespeichern von Elektrofahrzeugen sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Ladevorrichtung. The invention relates to a charging device for charging energy stores of electric vehicles and a method for operating such a charging device.

An Ladevorrichtungen für Elektrofahrzeuge, die auch als Ladesäulen bezeichnet werden, werden verschiedene Anforderungen hinsichtlich von Schaltmöglichkeiten in verschiedenen Anwendungs- und Fehlerfällen gestellt. Dazu zählen ein Schalten unter Nennlast und ein Abschalten im Kurzschluss- und Überlastfall und bei Fehlerströmen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden in herkömmlichen Ladesäulen verschiedene handelsübliche elektromechanische Schutzelemente wie Sicherungsautomaten zum Leitungsschutz, Fehlerstromschutzschalter (RCD = Residual Current Protective Device), Schmelzsicherungen zum Havarieschutz und Schaltschütze zum Schalten der Nennlast miteinander kombiniert. Bei Ladesäulen mit unterschiedlichem oder variablem Leistungsabgang werden mangels einstellbarer Abschaltkriterien dieser Schutzelemente außerdem häufig mehrere derartiger Kombinationen eingesetzt. At charging devices for electric vehicles, which are also referred to as charging stations, various requirements are made in terms of switching options in various applications and errors. These include switching under rated load and switching off in the event of a short circuit, overload and fault currents. To meet these requirements, various commercial electromechanical protection elements such as circuit breaker circuit breakers, residual current circuit breakers (RCD = Residual Current Protective Device), fuses for accidental protection and contactors for switching the rated load are combined in conventional charging stations. In the case of charging stations with different or variable power output, in addition, because of the lack of adjustable switch-off criteria of these protective elements, a plurality of such combinations are frequently used.

Die unterschiedlichen Schalt- und Schutzelemente unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich der Stromstärken der mit ihnen schaltbaren Ströme und hinsichtlich beim Abschalten auftretender Tot- und Reaktionszeiten. Außerdem ermöglichen sie häufig ein Schalten nur für eine begrenzte Anzahl von Schaltvorgängen. Beispielsweise ist ein Sicherungsautomat zum Leitungsschutz in der Lage, hohe Kurzschlussströme abzuschalten, dies jedoch nur selten, während ein Schaltschütz den Nennstrom nahezu beliebig oft schalten kann. The different switching and protective elements differ, among other things, with regard to the current strengths of the currents which can be switched with them and with regard to dead times and reaction times occurring when switching off. In addition, they often allow switching only for a limited number of switching operations. For example, a circuit breaker for line protection is able to switch off high short-circuit currents, but this rarely, while a contactor can switch the rated current almost as often.

Eine Mehrzahl derartiger verschiedener Schalt- und Schutzelemente bedingt auch eine Mehrzahl zugehöriger Betätiger und Messkreise. Außerdem werden für Ladesäulen Datenverarbeitungskreise zum Zwecke der Energiezählung (so genanntes Metering) und Fahrzeugkommunikation (Pilotschnittstelle) benötigt. A plurality of such different switching and protective elements also requires a plurality of associated actuators and measuring circuits. In addition, charging stations for the purpose of energy metering (so-called metering) and vehicle communication (pilot interface) are required for charging stations.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ladevorrichtung zum Aufladen von Energiespeichern von Elektrofahrzeugen anzugeben, die insbesondere hinsichtlich des Aufwands zum Schalten im Nenn- und Fehlerbetrieb gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Ladevorrichtung anzugeben. The invention has for its object to provide a charging device for charging energy storage of electric vehicles, which is improved in particular in terms of the cost of switching in nominal and fault operation over the prior art. Furthermore, the invention has for its object to provide a method for operating such a charging device.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Ladevorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 6 gelöst. The object is achieved with respect to the loading device by the features of claim 1 and in terms of the method by the features of claim 6.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung zum Aufladen von Energiespeichern von Elektrofahrzeugen weist eine Schalteinheit zum An- und Abschalten eines ein- oder mehrphasigen Ladestroms, eine Messeinheit zum Erfassen einer von der Ladevorrichtung abgegebenen Energie und Erkennen von Fehler- und Überströmen und eine Steuereinheit zur Auswertung und Datenverarbeitung von der Messeinheit erfasster Messwerte auf. A charging device according to the invention for charging energy storage of electric vehicles has a switching unit for switching on and off a single- or multi-phase charging current, a measuring unit for detecting an output from the charger energy and detecting fault and overcurrents and a control unit for evaluation and data processing of the Measurement unit recorded measured values.

Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung ermöglicht somit die Erfassung einer von der Ladevorrichtung abgegebenen Energie und das Erkennen von Fehler- und Überströmen mittels einer einzigen Messeinheit, deren Messwerte außerdem von einer Steuereinheit ausgewertet und verarbeitet werden, beispielsweise zur Prozessvisualisierung und zur Abrechnung der von der Ladevorrichtung abgegebenen Energie. Dadurch wird die Anzahl der Komponenten der Ladevorrichtung gegenüber herkömmlichen Ladesäulen mit einer Vielzahl verschiedener Schalt- und Schutzelemente und zugehöriger Stromkreise erheblich verringert. Dies reduziert vorteilhaft den Material- und Montageaufwand, die Herstellungskosten, den Platzbedarf, das Gewicht und die Fehlerwahrscheinlichkeit der Ladevorrichtung gegenüber herkömmlichen Ladesäulen. The charging device according to the invention thus makes it possible to detect an energy output by the charging device and to detect fault and overcurrents by means of a single measuring unit whose measured values are also evaluated and processed by a control unit, for example for process visualization and for billing the energy delivered by the charging device. As a result, the number of components of the charging device compared to conventional charging stations with a variety of different switching and protective elements and associated circuits is significantly reduced. This advantageously reduces the material and assembly costs, the production costs, the space required, the weight and the probability of the error of the charging device compared to conventional charging stations.

Eine erste bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Messeinheit jeweils ein Messelement für jeden Phasenstrom des Ladestroms aufweist und die Steuereinheit zur Ermittelung eines Summenstroms dieser Phasenströme ausgebildet ist. A first preferred embodiment of the invention provides that the measuring unit in each case has a measuring element for each phase current of the charging current and the control unit is designed to determine a total current of these phase currents.

Eine alternative zweite Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Messeinheit jeweils ein Messelement für wenigstens zwei Phasenströme des Ladestroms und ein Messelement für einen Summenstrom aller Phasenströme des Ladestroms aufweist. An alternative second embodiment of the invention provides that the measuring unit in each case has a measuring element for at least two phase currents of the charging current and a measuring element for a summation current of all phase currents of the charging current.

Unter den Phasen des Ladestroms werden dabei in dieser Anmeldung die Außenleiter und gegebenenfalls ein Neutralleiter des Ladestroms verstanden. Entsprechend werden unter den Phasenströmen die Außenleiterströme und gegebenenfalls ein Neutralleiterstrom des Ladestroms verstanden. In this application, the phases of the charging current are understood to be the outer conductors and optionally a neutral conductor of the charging current. Accordingly, the phase currents are understood as meaning the outer conductor currents and optionally a neutral current of the charging current.

Beide oben genannten Ausgestaltungen ermöglichen die Ermittelung der Phasenströme und des Summenstroms des Ladestroms durch direkte Messungen mehrerer dieser Ströme mittels der Messelemente und Berechnungen der nicht direkt gemessenen Ströme aus den Messwerten für die direkt gemessenen Ströme. Aus den ermittelten Strömen lassen sich die von der Ladevorrichtung abgegebene Energie und Fehler- und Überströme ermitteln. Both of the abovementioned embodiments make it possible to determine the phase currents and the summation current of the charging current by direct measurements of a plurality of these currents by means of the measuring elements and calculations of the currents which are not directly measured from the measured values for the directly measured currents. From the currents determined by the charging device determine emitted energy and fault and overcurrents.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Kalibriervorrichtung zum Erzeugen eines Kalibrierstroms zwischen mit Messelementen versehenen Phasen des Ladestroms vor. A further embodiment of the invention provides a calibration device for generating a calibration current between phases of the charging current provided with measuring elements.

Durch derartige Kalibrierströme können die Phasenströme und der Summenstrom sehr genau bestimmt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn, wie in beiden zuerst genannten Ausgestaltungen der Erfindungen, der Summenstrom oder einer der Phasenströme nicht direkt gemessen, sondern aus den direkt gemessenen Strömen berechnet wird, da Ungenauigkeiten der direkten Strommessungen entsprechende Ungenauigkeiten der berechneten Ströme verursachen. By means of such calibration currents, the phase currents and the total current can be determined very accurately. This is particularly advantageous when, as in both of the first mentioned embodiments of the inventions, the sum current or one of the phase currents is not measured directly, but is calculated from the directly measured currents, since inaccuracies of the direct current measurements cause corresponding inaccuracies of the calculated currents.

Die Kalibriervorrichtung weist dabei vorzugsweise jeweils einen Schalter und einen Widerstand für jede mit einem Messelement versehene Phase des Ladestroms auf. The calibration device preferably has a respective switch and a resistor for each provided with a measuring element phase of the charging current.

Durch die Schalter können die Kalibrierströme vorteilhaft bedarfsweise erzeugt werden. Die Verwendung geeigneter Widerstände (Präzisionswiderstände) ermöglicht sehr präzise Kalibrierungen. By the switch, the calibration currents can be generated advantageous as needed. The use of suitable resistors (precision resistors) enables very precise calibrations.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung werden dementsprechend jeder Phasenstrom und ein Summenstrom aller Phasenströme des Ladestroms ermittelt und mittels der Steuereinheit die ermittelten Phasenströme und der ermittelte Summenstrom zum Erkennen von Überströmen und Fehlerströmen ausgewertet. Accordingly, in the method according to the invention for operating a charging device according to the invention, each phase current and a sum current of all phase currents of the charging current are determined and the determined phase currents and the determined total current for detecting overcurrents and fault currents are evaluated by means of the control unit.

Dabei werden, wie oben bereits ausgeführt wurde, die einzelnen Phasenströme ermittelt, indem sie entweder jeweils direkt gemessen oder aus direkt gemessenen Strömen berechnet werden. In this case, as already explained above, the individual phase currents are determined by either being measured directly or calculated from directly measured currents.

Vorzugsweise werden ferner ein Nullstrom jeder Phase und/oder der Summe der Phasen bei abgeschaltetem Ladestrom kalibriert. Preferably, a zero current of each phase and / or the sum of the phases are calibrated with the charging current off.

Vorzugsweise wird eine Zuleitung zur Ladevorrichtung mit einer Überstromschutzvorrichtung versehen, die einen Zuleitungsstrom abschaltet, wenn dessen Stromstärke einen vorgegebenen Zuleitungsstromschwellenwert überschreitet. Preferably, a supply line to the charging device is provided with an overcurrent protection device which shuts off a supply current when its current exceeds a predetermined Zulassungsstromschwellenwert.

Dadurch kann vorteilhaft mittels der Überstromschutzvorrichtung erreicht werden, dass die internen Komponenten der Ladevorrichtung nur für Stromstärken bis zu dem Zuleitungsstromschwellenwert ausgelegt werden müssen. This can advantageously be achieved by means of the overcurrent protection device that the internal components of the charging device must be designed only for currents up to the Zuleitungsstromschwellenwert.

Alternativ wird die Ladevorrichtung selbst mit einer Überstromschutzvorrichtung versehen, die einen Zuleitungsstrom abschaltet, wenn dessen Stromstärke einen vorgegebenen Zuleitungsstromschwellenwert überschreitet, und/oder eine Zuleitung zur Ladevorrichtung und/oder eine Verbindungsleitung zwischen der Ladevorrichtung und einem Elektrofahrzeug wird mit einer Induktivität versehen, welche einen Stromanstieg in der Ladevorrichtung in einem vorgegebenen Maß verzögert. Alternatively, the charging device itself is provided with an overcurrent protection device which shuts off a supply current when its current exceeds a predetermined supply current threshold, and / or a supply line to the charging device and / or a connecting line between the charging device and an electric vehicle is provided with an inductance which causes a current increase delayed in the loader to a predetermined extent.

Diese Ausgestaltungen sind vorteilhaft, wenn die Zuleitung zur Ladevorrichtung nicht mit einer ausreichenden Überstromschutzvorrichtung versehen werden kann, beispielsweise weil eine Vielzahl von Ladevorrichtungen an dieselbe Zuleitung angeschlossen sind. Mittels einer geeigneten Induktivität in der Zuleitung zur Ladevorrichtung und/oder einer Verbindungsleitung zwischen der Ladevorrichtung und einem Elektrofahrzeug kann ein Anstieg der Stromstärke innerhalb der Ladevorrichtung vorteilhaft derart verzögert werden, dass die Abschaltung durch die internen Schaltelemente erfolgen kann, bevor die Stromstärke einen durch interne Schaltelemente der Ladevorrichtung nicht mehr sicher abschaltbaren Wert erreicht. These embodiments are advantageous if the supply line to the charging device can not be provided with a sufficient overcurrent protection device, for example because a large number of charging devices are connected to the same supply line. By means of a suitable inductance in the supply line to the charging device and / or a connecting line between the charging device and an electric vehicle, an increase of the current within the charging device can advantageously be delayed such that the shutdown can be done by the internal switching elements, before the current strength through an internal switching elements the charging device can no longer safely be switched off value.

Der Ladestrom wird vorzugsweise abgeschaltet, wenn seine Stromstärke einen vorgegebenen Ladestromschwellenwert überschreitet. The charging current is preferably switched off when its current exceeds a predetermined charging current threshold.

Dadurch können vorteilhaft Ladeströme verhindert werden, deren Stromstärke die Ladevorrichtung oder ein an sie angeschlossenes Elektrofahrzeug schädigen würden. As a result, charging currents can advantageously be prevented whose current would damage the charging device or an electric vehicle connected to it.

Vorzugsweise werden Messwerte zur Ermittelung der Phasenströme und des Summenstroms analog erfasst und zum Erkennen von Überströmen und Fehlerströmen direkt ausgewertet. Preferably, measured values for determining the phase currents and the total current are detected analogously and evaluated directly for detecting overcurrents and fault currents.

Durch die direkte Auswertung analoger Messwerte zum Erkennen von Überströmen und Fehlerströmen können schnelle Reaktionen auf kritische Messwerte erreicht werden und die relativ kostenintensiven Messkreise zur Messung der Ströme selbst möglichst einfach ausgeführt werden. By directly analyzing analog measured values to detect overcurrents and fault currents, fast reactions to critical measured values can be achieved and the relatively costly measuring circuits for measuring the currents themselves can be designed as simply as possible.

Demgegenüber werden die analogen Messwerte zur Datenverarbeitung vorzugsweise zunächst digitalisiert. In contrast, the analog measured values for data processing are preferably first digitized.

Die Digitalisierung ermöglicht eine genauere Datenverarbeitung der Messwerte, beispielsweise für das Metering, und eine Anpassung der im Vergleich zu den Messkreisen billigeren Datenverarbeitungskreise an die jeweiligen Anforderungen. The digitization allows a more accurate data processing of the measured values, for example for the metering, and an adaptation of the compared to the measuring circuits cheaper data processing circuits to the respective requirements.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen: The above-described characteristics, features and advantages of this invention as well as the art The manner in which they are achieved will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of exemplary embodiments, which will be described in more detail in conjunction with the drawings. Showing:

1 schematisch einen Schaltplan einer Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge, und 1 schematically a circuit diagram of a charging device for electric vehicles, and

2 schematisch eine Kalibriervorrichtung zum Erzeugen eines Kalibrierstroms zwischen den Phasen des Ladestroms. 2 schematically a calibration device for generating a calibration current between the phases of the charging current.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in the figures with the same reference numerals.

1 zeigt schematisch einen Schaltplan einer Ladevorrichtung 1 für Elektrofahrzeuge. Die Ladevorrichtung 1 umfasst eine Schalteinheit 2 mit internen Schaltelementen 2.1 zum An- und Abschalten eines dreiphasigen Ladestroms, eine Messeinheit 3 zum Erfassen einer von der Ladevorrichtung 1 abgegebenen Energie und Erkennen von Fehler- und Überströmen und eine Steuereinheit 4 zur Auswertung und Datenverarbeitung von der Messeinheit 3 erfasster Messwerte. 1 schematically shows a circuit diagram of a charging device 1 for electric vehicles. The loading device 1 includes a switching unit 2 with internal switching elements 2.1 for switching on and off a three-phase charging current, a measuring unit 3 for detecting one of the loading device 1 emitted energy and detection of fault and overcurrents and a control unit 4 for evaluation and data processing of the measuring unit 3 recorded measured values.

Der Ladestrom wird von drei Außenleitern 5.1, 5.2, 5.3 und einem Neutralleiter 6 geführt, die die Phasen 5.1, 5.2, 5.3, 6 des Ladestroms bilden. The charging current is provided by three outer conductors 5.1 . 5.2 . 5.3 and a neutral conductor 6 that led the phases 5.1 . 5.2 . 5.3 . 6 form the charging current.

In einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Messeinheit 3 nur einen ersten Messblock 3.1 mit je einem Messelement für jeden der drei Außenleiter 5.1, 5.2, 5.3 und den Neutralleiter 6. Die Steuereinheit 4 bildet aus den vier gemessenen Einzelströmen den Summenstrom aller Phasenströme (d.h. der Außenleiterströme und des Neutralleiterstroms). In a first embodiment, the measuring unit comprises 3 only a first measuring block 3.1 each with one measuring element for each of the three outer conductors 5.1 . 5.2 . 5.3 and the neutral conductor 6 , The control unit 4 The total current of all phase currents (ie the outer conductor currents and the neutral conductor current) is calculated from the four measured individual currents.

Eine zuverlässige Berechnung des Summenstroms erfordert eine hinreichend genaue Messung der Phasenströme. Typisch darf der Fehler des Summenstroms hierbei absolut maximal 5 mA betragen, wobei der Messbereichsendwert der Phasenströme typisch bei 50 A liegt. Dementsprechend werden die Einzelströme vorzugsweise mit einer relativen Messgenauigkeit von mindestens 250 ppm gemessen. A reliable calculation of the total current requires a sufficiently accurate measurement of the phase currents. Typically, the error of the total current must amount to a maximum of 5 mA, whereby the full scale value of the phase currents is typically 50 A. Accordingly, the individual streams are preferably measured with a relative accuracy of at least 250 ppm.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst die Messeinheit 3 zwei Messblöcke 3.1, 3.2. Ein erster Messblock 3.1 umfasst wenigstens zwei Messelemente für jeweils einen der drei Außenleiter 5.1, 5.2, 5.3. Der zweite Messblock 3.2 umfasst ein Messelement zur direkten Messung eines Summenstroms der drei Außenleiterströme und des Neutralleiterstroms. Wenn mittels des ersten Messblocks 3.1 nur zwei Außenleiterströme gemessen werden, wird der dritte Außenleiterstrom von der Steuereinheit 4 unter Vernachlässigung des Neutralleiterstroms aus den beiden gemessenen Außenleiterströmen berechnet. In a second embodiment, the measuring unit comprises 3 two measuring blocks 3.1 . 3.2 , A first measuring block 3.1 comprises at least two measuring elements for each one of the three outer conductors 5.1 . 5.2 . 5.3 , The second measuring block 3.2 comprises a measuring element for direct measurement of a total current of the three outer conductor currents and the neutral current. If by means of the first measuring block 3.1 Only two outer conductor currents are measured, the third outer conductor current from the control unit 4 neglecting the neutral conductor current calculated from the two measured outer conductor currents.

In beiden Ausführungsbeispielen werden die von den Messelementen erfassten Messwerte der Steuereinheit 4 zugeführt und von dieser ausgewertet. Die ermittelten Einzelströme (Außenleiterströme und Neutralleiterstrom) werden zur Erkennung von Überströmen auf mindestens einem Außenleiter 5.1, 5.2, 5.3 oder dem Neutralleiter 6 verwendet und der Summenstrom wird zur Beurteilung des Fehlerstroms herangezogen. In both embodiments, the measured values acquired by the measuring elements become the control unit 4 supplied and evaluated by this. The determined individual currents (outer conductor currents and neutral conductor current) are used to detect overcurrents on at least one outer conductor 5.1 . 5.2 . 5.3 or the neutral conductor 6 used and the total current is used to assess the fault current.

Eine vorteilhafte Ausführung wird darüber hinaus so ausgelegt, dass eine Überstromschutzvorrichtung 11 in einer Zuleitung zur Ladevorrichtung 1 vorgesehen wird, die einen Zuleitungsstrom abschaltet, wenn dessen Stromstärke einen vorgegebenen Zuleitungsstromschwellenwert überschreitet. Die internen Schaltelemente 2.1 der Ladevorrichtung 1 werden dabei zum Abschalten eines Ladestroms benutzt, dessen Stromstärke zwischen einem vorgegebenen Ladestromschwellenwert und dem Zuleitungsstromschwellenwert liegt, wobei der Ladestromschwellenwert eine maximal zulässige Stromstärke des Stroms in einer Verbindungsleitung zwischen der Ladevorrichtung 1 und einem Elektrofahrzeug ist. An advantageous embodiment is also designed so that an overcurrent protection device 11 in a supply line to the charging device 1 is provided, which shuts off a supply current when its current exceeds a predetermined Zulassungsstromschwellenwert. The internal switching elements 2.1 the loader 1 are used to turn off a charging current whose current is between a predetermined charging current threshold and the Zuleitungsstromschwellenwert, wherein the charging current threshold, a maximum allowable current of the current in a connecting line between the charging device 1 and an electric vehicle.

Erfindungsgemäß wird in einer weiteren Ausführung zur Vereinfachung der Dimensionierung des Zuleitungsschutzes für die Dimensionierung des Zuleitungsschutzes eine Abschaltcharakteristik vorgeschrieben, die ein Verkleben der Kontakte der internen Schaltelemente 2.1 verhindert, unabhängig von der abzuschaltenden Stromstärke und unabhängig vom Abschaltzeitpunkt, indem das Schalten durch die internen Schaltelemente 2.1 bei Stromwerten, die oberhalb der durch die internen Schaltelemente 2.1 schaltbaren Ströme liegt, so lange verzögert wird, bis der Strom nach Auslösen des Zuleitungsschutzes abgeklungen ist (Abschaltverzögerung). According to the invention, a shutdown characteristic is prescribed in a further embodiment to simplify the dimensioning of the supply line protection for the dimensioning of the supply line protection, which is a bonding of the contacts of the internal switching elements 2.1 prevents regardless of the current to be cut off and regardless of the shutdown time, by switching through the internal switching elements 2.1 at current values above that through the internal switching elements 2.1 switchable currents is delayed until the current has subsided after triggering the supply line protection (switch-off delay).

Bei Ladevorrichtungen 1, bei denen die Abschaltcharakteristik des Zuleitungsschutzes nicht zum sicheren Abschalten eines Überstrombereiches der Ladevorrichtung 1 mitgenutzt werden kann (z.B. bei Satellitensystemen, bei denen eine Vielzahl von Ladevorrichtungen 1 an eine Zuleitung angeschlossen sind), wird eine Überstromschutzvorrichtung 11 in der Ladevorrichtung 1 selbst angeordnet. Alternativ oder zusätzlich wird die Abschaltcharakteristik vorteilhaft so dimensioniert, dass durch eine Induktivität der Zuleitung zur Ladevorrichtung 1 und der Verbindungsleitung zwischen Ladeeinrichtung und Elektrofahrzeug ein Anstieg der Stromstärke in der Ladevorrichtung 1 derart verzögert wird, dass die Abschaltung durch die internen Schaltelemente 2.1 erfolgen kann, bevor die Stromstärke einen durch die internen Schaltelemente 2.1 nicht mehr sicher zu schaltenden Wert erreicht hat. Hilfsweise kann diese Induktivität auch durch zusätzliche Induktivitäten 7 ergänzt werden. For charging devices 1 in which the turn-off characteristic of the supply line protection does not lead to the safe switching off of an overflow region of the charging device 1 can be shared (eg in satellite systems, where a variety of charging devices 1 connected to a supply line), is an overcurrent protection device 11 in the loader 1 arranged yourself. Alternatively or additionally, the turn-off characteristic is advantageously dimensioned such that by an inductance of the supply line to the charging device 1 and the connection line between the charging device and the electric vehicle, an increase in the current in the charging device 1 is delayed such that the shutdown by the internal switching elements 2.1 can be done before the current through the internal switching elements 2.1 has not reached the safe switching value. In the alternative, this inductance can also be achieved by additional inductances 7 be supplemented.

Im dargestellten Beispiel umfasst die Überstromschutzvorrichtung 11 Schmelzsicherungen 11.1. In the example shown, the overcurrent protection device comprises 11 fuses 11.1 ,

Eine mögliche Alternative sieht darüber hinaus die Möglichkeit vor, Überströme in jedem Überstromfall durch einen Zuleitungsschutz abzuschalten, indem zusätzlich zum Laststrom ein Strom über die Zuleitung gezogen wird, der die Zuleitungssicherung sicher auslöst. Diese Alternative hat jedoch den Nachteil, dass ein Rücksetzen der Abschalteinrichtung nach Beseitigung des Fehlerfalls nicht innerhalb der Ladevorrichtung 1 erfolgen kann, sondern in diesem Fall der Zuleitungsschutz fernrücksetzbar ausgeführt sein muss. Hierdurch erhöht sich der Aufwand dort. A possible alternative also provides the possibility to switch off overcurrents in each overcurrent case by a feeder protection by a current in addition to the load current is drawn over the feed line, which triggers the supply line safe. However, this alternative has the disadvantage that a reset of the shutdown device after removal of the fault not within the charging device 1 can take place, but in this case the supply line protection must be designed remotely resettable. This increases the effort there.

2 zeigt schematisch eine Kalibriervorrichtung 8 zum Erzeugen eines Kalibrierstroms zwischen den Phasen 5.1, 5.2, 5.3, 6 des Ladestroms. Die Kalibriervorrichtung 8 umfasst für jede Phase 5.1, 5.2, 5.3, 6 je einen Schalter 9 und einen diesem nachgeschalteten Widerstand 10, wobei die Ausgänge der Widerstände 10 miteinander verbunden sind. 2 schematically shows a calibration device 8th for generating a calibration current between the phases 5.1 . 5.2 . 5.3 . 6 the charging current. The calibration device 8th includes for each phase 5.1 . 5.2 . 5.3 . 6 one switch each 9 and a resistor connected downstream of this 10 , where the outputs of the resistors 10 connected to each other.

Die Kalibriervorrichtung 8 wird in einer Ausgestaltung des ersten obigen Ausführungsbeispiels zwischen dem ersten Messblock 3.1 und der Schalteinheit 2 angeordnet, um die Messgenauigkeit zu verbessern. Sie ermöglicht es, einen Kalibrierstrom zwischen den Phasen 5.1, 5.2, 5.3, 6 einzuprägen. The calibration device 8th In one embodiment of the first embodiment above, between the first measuring block 3.1 and the switching unit 2 arranged to improve the measurement accuracy. It allows a calibration current between the phases 5.1 . 5.2 . 5.3 . 6 memorize.

Eine entsprechende Kalibriervorrichtung 8 für das zweite obige Ausführungsbeispiel weist jeweils einen Schalter 9 und Widerstand 10 nur für die jeweils mit einem Messelement versehenen Phasen 5.1, 5.2, 5.3, 6 auf. A corresponding calibration device 8th for the second embodiment above each has a switch 9 and resistance 10 only for each provided with a measuring element phases 5.1 . 5.2 . 5.3 . 6 on.

Vorteilhaft kann der Kalibrierstrom durch genaues Messen von Phasenspannungen innerhalb des ersten Messblocks 3.1 und Verwendung von Präzisionswiderständen erzeugt werden. Zusätzlich kann die Kalibrierung des Nullstroms bei geöffneten Schaltelementen vorgenommen werden. Vorteilhaft erfolgt die Kalibrierung des Nullstroms (Offset) und der Skalierung (Gain) zyklisch, beispielsweise zu Beginn jedes Ladevorgangs oder während kurzer Ladeunterbrechungen bei langen Ladevorgängen. Hierzu wird der Strom vorteilhaft zunächst auf Null reduziert, bevor die Kontakte der Schalteinheit 2 geöffnet werden. Bei geöffneten Kontakten kann auch der Nullstrom der Summenstrommessung kalibriert werden (Selbstkalibrierung). Advantageously, the calibration current can be determined by accurately measuring phase voltages within the first measurement block 3.1 and use of precision resistors. In addition, the calibration of the zero current can be made with open switching elements. Advantageously, the calibration of the zero current (offset) and the scaling (gain) takes place cyclically, for example at the beginning of each charging process or during brief charging interruptions during long charging processes. For this purpose, the current is advantageously first reduced to zero before the contacts of the switching unit 2 be opened. With open contacts, the zero current of the summation current measurement can also be calibrated (self-calibration).

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. While the invention has been further illustrated and described in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (13)

Ladevorrichtung (1) zum Aufladen von Energiespeichern von Elektrofahrzeugen, wobei die Ladevorrichtung (1) eine Schalteinheit (2) zum An- und Abschalten eines ein- oder mehrphasigen Ladestroms, eine Messeinheit (3) zum Erfassen einer von der Ladevorrichtung (1) abgegebenen Energie und Erkennen von Fehler- und Überströmen und eine Steuereinheit (4) zur Auswertung und Datenverarbeitung von der Messeinheit (3) erfasster Messwerte aufweist. Loading device ( 1 ) for charging energy stores of electric vehicles, the charging device ( 1 ) a switching unit ( 2 ) for switching on and off a single- or multi-phase charging current, a measuring unit ( 3 ) for detecting one of the loading device ( 1 ) emitted energy and detection of fault and overcurrents and a control unit ( 4 ) for evaluation and data processing by the measuring unit ( 3 ) has detected measured values. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (3) jeweils ein Messelement für jeden Phasenstrom des Ladestroms aufweist und die Steuereinheit (4) zur Ermittelung eines Summenstroms dieser Phasenströme ausgebildet ist. Loading device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the measuring unit ( 3 ) each have a measuring element for each phase current of the charging current and the control unit ( 4 ) is designed for determining a sum current of these phase currents. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (3) jeweils ein Messelement für wenigstens zwei Phasenströme des Ladestroms und ein Messelement für einen Summenstrom aller Phasenströme des Ladestroms aufweist. Loading device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the measuring unit ( 3 ) each having a measuring element for at least two phase currents of the charging current and a measuring element for a total current of all phase currents of the charging current. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Kalibriervorrichtung (8) zum Erzeugen eines Kalibrierstroms zwischen mit Messelementen versehenen Phasen (5.1, 5.2, 5.3, 6) des Ladestroms. Loading device ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized by a calibration device ( 8th ) for generating a calibration current between phases provided with measuring elements ( 5.1 . 5.2 . 5.3 . 6 ) of the charging current. Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriervorrichtung (8) jeweils einen Schalter und einen Widerstand für jede mit einem Messelement versehene Phase (5.1, 5.2, 5.3, 6) des Ladestroms aufweist. Loading device ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the calibration device ( 8th ) each a switch and a resistor for each provided with a measuring element phase ( 5.1 . 5.2 . 5.3 . 6 ) of the charging current. Verfahren zum Betrieb einer Ladevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – jeder Phasenstrom des Ladestroms und ein Summenstrom aller Phasenströme des Ladestroms ermittelt werden, und – mittels der Steuereinheit (4) die ermittelten Phasenströme und der ermittelte Summenstrom zum Erkennen von Überströmen und Fehlerströmen ausgewertet werden. Method for operating a charging device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein - each phase current of the charging current and a sum current of all phase currents of the charging current are determined, and - by means of the control unit ( 4 ) the determined phase currents and the determined sum current for detecting overcurrents and fault currents are evaluated. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei abgeschaltetem Ladestrom ein Nullstrom jeder Phase (5.1, 5.2, 5.3, 6), und/oder der Summe der Phasen (5.1, 5.2, 5.3, 6) kalibriert wird. A method according to claim 6, characterized in that when the charging current is switched off, a zero current of each phase ( 5.1 . 5.2 . 5.3 . 6 ), and / or the sum of the phases ( 5.1 . 5.2 . 5.3 . 6 ) is calibrated. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuleitung zur Ladevorrichtung (1) mit einer Überstromschutzvorrichtung (11) versehen wird, die einen Zuleitungsstrom abschaltet, wenn dessen Stromstärke einen vorgegebenen Zuleitungsstromschwellenwert überschreitet. A method according to claim 6 or 7, characterized in that a supply line to the charging device ( 1 ) with an overcurrent protection device ( 11 ) is provided, which shuts off a supply current when its current exceeds a predetermined Zulassungsstromschwellenwert. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (1) mit einer Überstromschutzvorrichtung (11) versehen wird, die einen Zuleitungsstrom abschaltet, wenn dessen Stromstärke einen vorgegebenen Zuleitungsstromschwellenwert überschreitet. Method according to claim 6 or 7, characterized in that the loading device ( 1 ) with an overcurrent protection device ( 11 ) which shuts off a supply current when its current exceeds a predetermined supply current threshold. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuleitung zur Ladevorrichtung (1) und/oder eine Verbindungsleitung zwischen der Ladevorrichtung (1) und einem Elektrofahrzeug mit einer Induktivität (7) versehen wird, welche einen Stromanstieg in der Ladevorrichtung (1) in einem vorgegebenen Maß verzögert. A method according to claim 6 or 7 or 9, characterized in that a supply line to the charging device ( 1 ) and / or a connecting line between the charging device ( 1 ) and an electric vehicle with an inductance ( 7 ), which causes a current increase in the charging device ( 1 ) delayed to a predetermined extent. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestrom abgeschaltet wird, wenn seine Stromstärke einen vorgegebenen Ladestromschwellenwert überschreitet. Method according to one of claims 6 to 10, characterized in that the charging current is switched off when its current exceeds a predetermined charging current threshold. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Messwerte zur Ermittelung der Phasenströme und des Summenstroms analog erfasst und direkt zum Erkennen von Überströmen und Fehlerströmen ausgewertet werden. Method according to one of claims 6 to 11, characterized in that measured values for determining the phase currents and the total current are detected analog and evaluated directly for detecting overcurrents and fault currents. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Messwerte zur Ermittelung der Phasenströme und des Summenstroms analog erfasst und zur Datenverarbeitung digitalisiert werden. Method according to one of claims 6 to 12, characterized in that measured values for determining the phase currents and the total current are detected analog and digitized for data processing.
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