DE102012217447A1 - Method for controlling charging device for electrical energy storage by pulse-width modulated signal in electric vehicle, involves storing positive portion of signal, and charging capacitor during absence of negative portion of signal - Google Patents

Method for controlling charging device for electrical energy storage by pulse-width modulated signal in electric vehicle, involves storing positive portion of signal, and charging capacitor during absence of negative portion of signal Download PDF

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Abstract

The method involves changing voltage values (U0, Uk) of a pulse-width modulated signal between different positive and constant negative voltage values, and storing a positive portion of impulse of the signal in a capacitor (C-1). Another capacitor (C-2) is charged during absence of a negative portion of the signal. Voltage value (U-1) corresponding to charge of the former capacitor is supplied to an analog-to-digital-input (AD-IN) of a microcontroller, and voltage value (U-2) corresponding to charge of the latter capacitor is supplied to a digital-input (D-In) of the microcontroller. An independent claim is also included for a charging device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Ladevorrichtung für elektrische Energiespeicher sowie eine Ladevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, mit einem solchen Verfahren betrieben zu werden. The invention relates to a method for controlling a charging device for electrical energy storage and a charging device which is adapted to be operated with such a method.

Im Zuge der Verknappung fossiler Brennstoffe ist die Industrie schon seit längerem dazu übergegangen, als Alternative dazu auf elektrische Antriebe zu setzten. Elektrisch betriebene Fahrzeuge benötigen eine Infrastruktur mit einheitlichen Ladestationen durch die ein „Energietanken“ sichergestellt wird. Da derzeit der Ausbau solcher Ladestationen der Entwicklung der elektrischen Fahrzeuge hinterherhinkt, wurden Ladevorrichtungen vorgesehen, mittels derer elektrische Energiespeicher ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug auch an eine konventionelle Steckdose, wie sie in jedem Haushalt vorkommt, angeschlossen werden können. Solche Ladevorrichtungen bzw. Ladesysteme sind unter anderem unter dem Begriff electric road vehicle supply equipment (EVSE) bekannt geworden und wurden in der DIN EN 61851-1 genormt. Die Norm gilt für Vorrichtungen zum Laden innerhalb und außerhalb von Elektrostraßenfahrzeugen an genormten Wechselspannungen bis 1000 V und Gleichspannungen bis 1500 V und zur Stromversorgung aller zusätzlichen Betriebsfunktionen am Fahrzeug, die erforderlich sind, wenn das Fahrzeug an die Stromversorgung angeschlossen ist. Die EVSE bzw. die Ladevorrichtung übernimmt, unter anderen, dabei folgende Funktionen:

  • – Überprüfung, ob ein Fahrzeug ordnungsgemäß angeschlossen ist;
  • – ständige Überwachung der Durchgängigkeit eines Schutzleiters;
  • – ein Einschalten des Systems; sowie
  • – ein Ausschalten des Systems.
In the course of the shortage of fossil fuels, the industry has long since begun to rely on electric drives as an alternative. Electrically powered vehicles require an infrastructure with uniform charging stations through which an "energy tank" is ensured. Since currently the expansion of such charging stations of the development of electric vehicles lag behind, charging devices were provided by means of which electrical energy storage an electrically powered vehicle can also be connected to a conventional outlet, as it occurs in every household. Such charging devices or charging systems are known inter alia under the term electric road vehicle supply equipment (EVSE) and have been in the DIN EN 61851-1 standardized. The standard applies to charging devices inside and outside electric road vehicles with standardized AC voltages up to 1000 V and DC voltages up to 1500 V and for supplying all additional vehicle operating functions required when the vehicle is connected to the power supply. The EVSE or the loader performs the following functions, among others:
  • - checking that a vehicle is properly connected;
  • - constant monitoring of the continuity of a protective conductor;
  • - switching on the system; such as
  • - switching off the system.

Dabei wird zur Steuerung ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) verwendet, welches die Kommunikation des elektrischen Speichers des Fahrzeugs mit der Stromversorgungseinrichtung sicherstellt. Darüber hinaus kann die Ladevorrichtung weitere Funktionen übernehmen, wie z. B. die Auswahl der Ladestromstärke; eine Bestimmung der Lüftungsanforderung im Ladebereich und/oder die Erkennung bzw. Einstellung des momentan verfügbaren Laststroms der Stromversorgungseinrichtung. Die Kommunikation zwischen der Stromversorgungseinrichtung, der Ladevorrichtung und dem elektrischen Energiespeicher des elektrischen Fahrzeugs erfolgt mittels eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM-Signal) dessen Grundfrequenz 1 kHZ beträgt und über einen Pilotleiter übertragen wird. Die Spannungswerte dieses Signals bewegen sich zwischen +12 V und –12 V. Unterschiedliche Spannungswerte des „positiven“ Anteils eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals bestimmen die einzelnen Ladezustände, die zwischen dem elektrischen Energiespeicher des elektrischen Fahrzeugs und der Stromversorgungseinrichtung vorliegen. Die positiven Signalanteile des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals bewegen sich dabei zwischen +12 V und 0 V. Ein Spannungswert des „negativen“ Signalanteils bzw. Impulses muss während einer fehlerfreien Kommunikation zwischen elektrischen Energiespeicher und der Stromversorgungsvorrichtung immer – 12 V betragen. Fehlt der negative Anteil des PWM-Signals, dann wird die Verbindung unterbrochen. In this case, a pulse width modulated signal (PWM signal) is used for the control, which ensures the communication of the electrical memory of the vehicle with the power supply device. In addition, the charger can take on other functions, such. B. the selection of the charging current; a determination of the ventilation requirement in the loading area and / or the detection or adjustment of the currently available load current of the power supply device. The communication between the power supply device, the charging device and the electrical energy storage of the electric vehicle by means of a pulse width modulated signal (PWM signal) whose fundamental frequency is 1 kHZ and is transmitted via a pilot conductor. The voltage values of this signal range between +12 V and -12 V. Different voltage values of the "positive" portion of a pulse of the pulse width modulated signal determine the individual states of charge that exist between the electric energy storage of the electric vehicle and the power supply device. The positive signal components of the pulse of the pulse width modulated signal thereby move between +12 V and 0 V. A voltage value of the "negative" signal component or pulse must always be -12 V during a fault-free communication between the electrical energy store and the power supply device. If the negative part of the PWM signal is missing, the connection is interrupted.

Sowohl der positive Anteil als auch der negative Anteil des PWM-Signals muss entsprechend zeitnah und sicher von der Ladevorrichtung (EVSE) erkannt und bewertet werden. Demnach erfolgt die Bewertung des positiven bzw. negativen Anteils eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals sofort und solange dieser noch „aktiv“ ist. Um dieses sicherzustellen, muss die Bewertung insbesondere bei „geringen“ Impulsbreiten unbedingt zu Beginn des positiven Impulses erfolgen. Eine solche Bewertung ist allerdings fehleranfällig, da durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte das Signal beeinflusst bzw. verfälscht werden kann. Besonders fehleranfällig ist das pulsweitenmodulierte Signal dann, wenn ein Tastverhältnis – das zeitliche Verhältnis des positiven Anteils des Impulses zur gesamten Pulsperiode – besonders klein ist. Hierbei ist die Fehlerhäufigkeit bei der Steuerung der Ladevorrichtung sehr hoch. Das Tastverhältnis definiert dabei die Höhe des Ladestroms, der von dem elektrischen Speicher des Fahrzeugs „gezogen“ wird. Both the positive portion and the negative portion of the PWM signal must be promptly and safely detected and evaluated by the charging device (EVSE). Accordingly, the evaluation of the positive or negative portion of a pulse of the pulse width modulated signal takes place immediately and as long as it is still "active". In order to ensure this, the evaluation must be carried out at the beginning of the positive pulse, in particular with "small" pulse widths. However, such a rating is error-prone, since the signal can be influenced or falsified by unwanted electrical or electromagnetic effects. The pulse-width-modulated signal is particularly error-prone if a duty ratio-the time ratio of the positive portion of the pulse to the total pulse period-is particularly small. Here, the error rate in the control of the charger is very high. The duty cycle defines the amount of charging current, which is "pulled" by the electrical memory of the vehicle.

Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern einer Ladevorrichtung für elektrische Energiespeicher mittels eines pulsweitenmodulierten Signals vorzusehen, bei dem ein zuverlässiges Aufladen eines elektrischen Energiespeichers sichergestellt werden kann. It is therefore an object of the present invention to provide a method for controlling a charging device for electrical energy storage by means of a pulse width modulated signal, in which a reliable charging of an electrical energy storage can be ensured.

Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens zum Steuern einer Ladevorrichtung für elektrische Energiespeicher mittels eines pulsweitenmodulierten Signals gelöst, bei dem die Spannungswerte zwischen zumindest einem unterschiedlichen positiven und einem konstanten negativen Spannungswert alternieren, wobei ein positiver Anteil eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals in einem ersten Kondensator gespeichert wird, und beim Fehlen eines negativen Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals ein zweiter Kondensator aufgeladen wird. This object is achieved by means of a method for controlling a charging device for electrical energy storage by means of a pulse width modulated signal in which the voltage values alternate between at least one different positive and one constant negative voltage value, wherein a positive portion of a pulse of the pulse width modulated signal is stored in a first capacitor , and in the absence of a negative portion of the pulse of the pulse width modulated signal, a second capacitor is charged.

Auf besonders einfache und zuverlässige Weise wird der positive Spannungswert mittels eines Kondensators zwischengespeichert und als neues analoges Signal z.B. einem Analog-Digital-Eingang eines µ-Controllers zuführbar. Dadurch kann die aufwendige und zeitnahe Abtastung bzw. Bewertung des positiven Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals vermieden werden bzw. zu einem „späteren“ Zeitpunkt erfolgen – nachdem sich das Signal „stabilisiert“ hat. Dadurch werden Einflüsse auf Grund elektromagnetischer Effekte vermieden, wobei dadurch mögliche Fehlmessungen weitgehend ausgeschlossen werden können. In a particularly simple and reliable way, the positive voltage value is buffered by means of a capacitor and fed as a new analog signal, for example, an analog-digital input of a μ-controller. Thus, the complex and timely sampling or Evaluation of the positive portion of the pulse of the pulse width modulated signal can be avoided or done at a "later" time - after the signal has "stabilized". As a result, influences due to electromagnetic effects are avoided, whereby possible incorrect measurements can be largely excluded.

In ähnlicher Weise verhält es sich mit dem negativen Spannungswert bzw. dem negativen Anteil des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals, der während einer fehlerfreien Kommunikation immer –12 V betragen muss. Sobald der negative Pulsanteil des PWM-Signals fehlt, wird ein zweiter Kondensator aufgeladen. Dieser Kondensator ist derart dimensioniert, dass bei einem Fehlen des negativen Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der Spannungswert von einem digitalen Eingang eines µ-Controllers gelesen wird. In a similar way, the negative voltage value or the negative component of the pulse of the pulse-width-modulated signal must always be -12 V during error-free communication. As soon as the negative pulse portion of the PWM signal is missing, a second capacitor is charged. This capacitor is dimensioned such that in the absence of the negative portion of the pulse width modulated signal pulse, an error signal is generated when the voltage value is read from a digital input of a μ controller.

Dadurch kann auf besonders vorteilhafte Weise auf eine Abtastung der einzelnen Signal– bzw. Impulsanteile des pulsweitenmodulierten Signals verzichtet werden und zuverlässig ein bestimmter Ladezustand der Ladevorrichtung bestimmt werden. Dabei werden die einzelnen Spannungswerte, die den Ladungen der jeweiligen Kondensatoren entsprechen, über geeignete Schaltungselemente bzw. Pegelwandler auf ein äquivalentes Spannungsniveau des µ-Controllers herunter geregelt, welches dann von dem µ-Controller verarbeitet werden kann. As a result, sampling of the individual signal or pulse components of the pulse-width-modulated signal can be dispensed with in a particularly advantageous manner, and a specific state of charge of the charging device can be reliably determined. In this case, the individual voltage values which correspond to the charges of the respective capacitors are regulated down to an equivalent voltage level of the μ controller via suitable circuit elements or level converters, which can then be processed by the μ controller.

Da die unterschiedlichen positiven Spannungswerte des pulsweitenmodulierten Signals einzelnen Ladezuständen entsprechen, mit denen die Ladevorrichtung gesteuert wird, ist es zweckmäßig, den Spannungswert, der der Ladung des ersten Kondensators entspricht, als analoges Signal an einen A/D-Eingang eines µ-Controllers zu führen. Der µ-Controller ist dadurch in der Lage, sowohl den zu steuernden Ladezustand einzustellen als auch die Höhe des von dem elektrischen Energiespeicher „zu ziehenden“ Stroms einzustellen, wobei ein Tastverhältnis des PWM-Signals proportional zur Höhe des „zu ziehenden“ Stroms ist. Since the different positive voltage values of the pulse-width-modulated signal correspond to individual charge states with which the charging device is controlled, it is expedient to pass the voltage value corresponding to the charge of the first capacitor as an analog signal to an A / D input of a μ controller , The μ-controller is thereby able to set both the state of charge to be controlled and to adjust the magnitude of the current to be "pulled" by the electrical energy store, wherein a duty cycle of the PWM signal is proportional to the magnitude of the "current" to be drawn.

Da es bei dem pulsweitenmodulierten Signal, bei dem die Spannungswerte zwischen zumindest einem unterschiedlichen positiven und einem konstanten negativen Spannungswert alternieren, im Falle des negativen Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals nur darauf ankommt, ob es vorliegt oder nicht, ist es zweckmäßig, den Spannungswert, der der Ladung des zweiten Kondensators entspricht als analoges Signal lediglich an einen digitalen D-Eingang des µ-Controllers zu führen. Since, in the case of the pulse-width-modulated signal in which the voltage values alternate between at least one different positive and one constant negative voltage value, in the case of the negative portion of the pulse-width-modulated signal pulse, it depends only on whether it is present or not, it is expedient to determine the voltage value, which corresponds to the charge of the second capacitor as an analog signal only to a digital D input of the μ-controller to lead.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform löst ein vorgegebener Spannungswert ≥ 0, der der Ladung des zweiten Kondensators entspricht, ein Fehlersignal im µ-Controller aus. Dadurch kann auf besonders zuverlässige und einfache Weise ein Fehler in der Ladevorrichtung festgestellt werden. Es bedarf weder einer Abtastung, noch einer sofortigen Bewertung des negativen Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals. Dadurch kann auf eine aufwändige Schaltung verzichtet und damit Kosten eigespart werden. In a particularly preferred embodiment, a predetermined voltage value ≥ 0, which corresponds to the charge of the second capacitor, triggers an error signal in the μ-controller. As a result, a fault in the charging device can be detected in a particularly reliable and simple manner. There is no need for either sampling or instantaneous evaluation of the negative portion of the pulse width modulated signal pulse. This eliminates the need for a complex circuit and thus costs be saved.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform bestimmt ein Tastverhältnis des positiven Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals die Höhe des Ladestroms der Ladevorrichtung. Dadurch lässt sich auf einfache Art und Weise eine Stellschraube für die Steuerung des Ladestroms nutzen, wobei ein und dasselbe pulsweitenmodulierte Signal verwendet werden kann. In a particularly advantageous embodiment, a duty cycle of the positive portion of the pulse of the pulse width modulated signal determines the amount of charging current of the charging device. As a result, a set screw for controlling the charging current can be used in a simple manner, wherein one and the same pulse width modulated signal can be used.

Ein weiterer Aspekt bezieht sich auf eine Ladevorrichtung zum Betreiben eines Verfahrens – wie vorhergehend beschrieben, bei dem zwischen zwei Anschlüssen eines Ladekabels eine Schaltung vorgesehen ist, die ein zum Steuern des Ladestroms vorgesehenes pulsweitenmoduliertes Signal auswertet, wobei die Schaltung umfasst:

  • – einen ersten Kondensator, in dem zumindest ein positiver Anteil eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals speicherbar ist, und
  • – einen zweiten Kondensator, der aufladbar ist, wenn ein negativer Anteil des alternierenden pulsweitenmodulierten Signals fehlt.
A further aspect relates to a charging device for operating a method as described above, in which a circuit is provided between two terminals of a charging cable, which circuit evaluates a pulse width modulated signal provided for controlling the charging current, the circuit comprising:
  • - A first capacitor in which at least a positive portion of a pulse of the pulse width modulated signal can be stored, and
  • A second capacitor which is rechargeable when a negative portion of the alternating pulse width modulated signal is missing.

Durch das Anordnen von Kondensatoren können einzelne Spannungswerte des positiven bzw. negativen Anteils eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals zwischengespeichert werden und dadurch zeitverzögert von einem µ-Controller ausgewertet werden, ohne dass aufwendige Schaltungen zur Abtastung der einzelnen negativen und positiven Anteile des Impulses des PWM-Signals benötigt werden. Des Weiteren kann dadurch vorteilhaft der Einfluss von elektromagnetischen Effekten auf das pulsweitenmodulierte Signal umgangen werden. Dadurch wird eine zuverlässige Steuerung des Ladezustands der Ladevorrichtung sowie des Ladestroms erreicht. By arranging capacitors, individual voltage values of the positive or negative component of a pulse of the pulse-width-modulated signal can be buffered and thereby evaluated time-delayed by a μ-controller, without complicated circuits for sampling the individual negative and positive components of the pulse of the PWM signal needed. Furthermore, this advantageously avoids the influence of electromagnetic effects on the pulse width modulated signal. As a result, a reliable control of the state of charge of the charging device and the charging current is achieved.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das PWM-Signal über einen dedizierten Pilotleiter der Ladevorrichtung übertragen. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Übertragung erhöht werden, zumal der Pilotleiter speziell auf eine solche Übertragung hin ausgelegt werden kann. In an advantageous embodiment, the PWM signal is transmitted via a dedicated pilot conductor of the charging device. As a result, the reliability of the transmission can be increased, especially since the pilot conductor can be designed specifically for such transmission.

Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Funktionsschema des Verfahrens für eine Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In the following the invention and exemplary embodiments will be explained in more detail with reference to a drawing. The single figure shows a functional diagram of the method for a charging device according to an embodiment of the invention.

Die Figur zeigt einen µ-Controller µC der in der Lage ist, ein pulsweitenmoduliertes Signal zu generieren und dieses, beispielsweise über einen Pilotleiter der Ladevorrichtung, über einen Ausgang PWM-Out zu einem elektrischen Energiespeicher – nicht gezeigt – eines Elektrofahrzeugs E-FZG zu übertragen. In der Figur wird lediglich skizzenhaft eine solche Ladevorrichtung angedeutet, wobei die Ladevorrichtung selbst zwischen zwei Anschlüssen eines elektrischen Ladekabels – nicht gezeigt – angeordnet ist. The figure shows a μ-controller μC which is able to generate a pulse width modulated signal and this, for example via a pilot conductor of the charging device, via an output PWM-Out to an electrical energy storage - not shown - to transmit an electric vehicle E-FZG , In the figure, only such a charging device is sketchily indicated, wherein the charging device itself between two terminals of an electric charging cable - not shown - is arranged.

Das PWM-Signal wird über den Stecker ST des Ladekabels zum elektrischen Energiespeicher des Elektrofahrzeugs E-FZG übertragen. Sofern es sich um ein Signal gemäß DIN EN 61851-1 handelt, weist dieses eine Frequenz von 1 kHZ auf. Über einen Pegelwandler P0, den das PWM-Signal nachdem Verlassen des µ-Controllers µC durchläuft, wird das PWM-Signal auf Spannungswerte hochgesetzt, die sich in einem Bereich von ±12 V bewegen. Dabei weist der negative Anteil eines Impulses des PWM-Signals immer einen konstanten Spannungswert Uk ist – 12 V auf. Der positive Anteil des Impulses des PWM-Signals kann unterschiedliche Werte zwischen 0 und +12 V annehmen. Dabei kennzeichnet der Spannungswert U0 – der Einfachheit halber hier als ein Wert zwischen 0 und +12 V gewählt – einen Ladezustand der Ladevorrichtung. The PWM signal is transmitted via the plug ST of the charging cable to the electrical energy storage of the electric vehicle E-FZG. If it is a signal according to DIN EN 61851-1 this has a frequency of 1 kHZ. Via a level converter P 0 , which passes through the PWM signal after leaving the μ-controller μC, the PWM signal is set to voltage values which are in a range of ± 12V. In this case, the negative portion of a pulse of the PWM signal always has a constant voltage value U k is - 12 V. The positive portion of the pulse of the PWM signal can assume different values between 0 and +12 V. In this case, the voltage value U 0 - for the sake of simplicity, chosen here as a value between 0 and + 12 V - indicates a charging state of the charging device.

Ein Tastverhältnis des positiven Anteils des Impulses des PWM-Signals, das durch t0/T definiert ist, gibt eine Höhe des zu ziehenden Ladestroms der Ladevorrichtung an. In Serie zu dem Pegelwandler P0 ist ein Widerstand R0 geschaltet, der DIN EN61851-1 entsprechend einen Wert von 1 kΩ aufweist. Über einen Stecker ST ist die Ladevorrichtung an den elektrischen Energiespeicher des elektrischen Fahrzeugs E-FZG gekoppelt. Sobald das Ladekabel mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden ist, kann das PWM-Signal sowie der zu ziehende Strom über eine elektrische Schaltung weitergeleitet werden. Die Schaltung – hier stark vereinfacht dargestellt als zum Ladekabel in Serie geschaltete Diode D0 und daran anschließend zwei parallel geschaltete Widerstände Ra, Rb – wirkt wie ein Spannungsteiler, der den ursprünglichen Spannungswert U0 des PWM-Signals beeinflusst. A duty cycle of the positive portion of the pulse of the PWM signal, defined by t 0 / T, indicates a level of the charging current to be drawn on the charging device. In series with the level converter P 0 , a resistor R 0 is connected, the DIN EN61851-1 correspondingly has a value of 1 kΩ. The charging device is coupled to the electrical energy store of the electric vehicle E-FZG via a plug ST. Once the charging cable is connected to the electrical energy storage, the PWM signal and the current to be drawn can be forwarded via an electrical circuit. The circuit - shown here in greatly simplified form as the charging cable connected in series diode D 0 and then two parallel resistors R a , R b - acts like a voltage divider, which influences the original voltage value U 0 of the PWM signal.

Beispielsweise weist der Spannungswert U0 des PWM-Signals vor dem Koppeln des Ladekabels über den Stecker ST mit dem elektrischen Energiespeicher des Elektrofahrzeugs E-FZG einen Wert von 12 V auf. Dadurch wird der Ladevorrichtung beispielsweise signalisiert, dass noch kein Kontakt vorliegt. Sobald der Stecker ST an den elektrischen Energiespeicher gekoppelt ist, fällt über den Widerstand Ra die ursprüngliche Spannung U0 von 12 V beispielsweise auf 9 V ab, was bedeutet, dass der µ-Controller µC erkennt, dass eine Verbindung mit einem elektrischen Energiespeicher vorliegt. Nun beginnt er µ-Controller µC das PWM-Signal zu generieren. Sobald der Widerstand Rb des elektrischen Energiespeichers von dem Elektrofahrzeug E-FZG hinzugeschaltet wird, erfolgt ein weiterer Spannungsabfall, beispielsweise auf den Wert von 6 V, welcher den µ-Controller µC veranlasst, einen Strom gemäß einem bestimmten Tastverhältnis t0/T zur Verfügung zu stellen. Das Elektrofahrzeug E-FZG befindet sich nun im Ladezustand: Aufladen. For example, the voltage value U 0 of the PWM signal prior to coupling the charging cable via the plug ST to the electrical energy storage of the electric vehicle E-FZG has a value of 12 V. As a result, the charging device is signaled, for example, that there is still no contact. As soon as the plug ST is coupled to the electrical energy store , the original voltage U 0 of 12 V, for example, drops to 9 V via the resistor R a , which means that the μ-controller μC recognizes that there is a connection to an electrical energy store , Now he begins to generate μ-controller μC the PWM signal. As soon as the resistor R b of the electrical energy store is connected to the electric vehicle E-FZG, another voltage drop, for example to the value of 6 V, which causes the μ-controller μC, a current according to a certain duty cycle t 0 / T is available to deliver. The electric vehicle E-FZG is now in the state of charge: charging.

Um eine Kontrolle des Ladestroms und des Ladezustands der Ladevorrichtung sicherzustellen, wird das PWM-Signal nach dem Widerstand R0 abgegriffen und dem µ-Controller µC zugeführt. Dabei werden die positiven bzw. negativen Anteile des Impulses des PWM-Signals überwacht. Der positive Spannungsanteil U0 des PWM-Signals wird über einen Pegelwandler P1 und einen Spannungsfolger S1 sowie einer dazu in Serie geschalteten Diode D1 weitergeleitet, und anschließend in einem Kondensator C1 zwischengespeichert. Parallel zu dem Kondensator C1 ist der Widerstand R1 so wie der Analog-Digital-Eingang AD-In des µ-Controllers µC geschaltet. Der besondere Vorteil dieser Anordnung erlaubt es, den von den zwischengeschalteten Elementen auf den Wert U1 herunter gewandelten positiven Anteil des Spannungswerts U0 auf einfache Art und Weise auszulesen und auszuwerten. Der Vorteil liegt darin, dass der Spannungswert des positiven Anteils U0 des PWM-Signals viel zuverlässiger ausgelesen werden kann als dies bei einer zeitnahen Abtastung des Signals der Fall wäre. Eine sofortige Abtastung des positiven Anteils des Impulses innerhalb der Zeit t0 ist nicht mehr notwendig und störende elektrische bzw. elektromagnetische Einflüsse können das PWM-Signal somit nicht negativ beeinflussen. Anschließend ist der µ-Controller µC in der Lage, den Spannungswert U1 einem bestimmten Ladezustand der Ladevorrichtung zuzuordnen bzw. die Höhe des zu ladenden Stroms zu steuern. In order to ensure control of the charging current and the state of charge of the charging device, the PWM signal is tapped after the resistor R 0 and supplied to the μ-controller μC. The positive or negative components of the pulse of the PWM signal are monitored. The positive voltage component U 0 of the PWM signal is forwarded via a level converter P 1 and a voltage follower S 1 and a diode D 1 connected in series therewith, and then buffered in a capacitor C 1 . Parallel to the capacitor C 1 , the resistor R 1 is connected in the same way as the analog-digital input AD-In of the μ-controller μC. The particular advantage of this arrangement makes it possible to easily read out and evaluate the positive component of the voltage value U 0 converted by the intermediate elements to the value U 1 . The advantage is that the voltage value of the positive component U 0 of the PWM signal can be read much more reliably than would be the case with a timely sampling of the signal. An immediate sampling of the positive portion of the pulse within the time t 0 is no longer necessary and disturbing electrical or electromagnetic influences can thus not adversely affect the PWM signal. Subsequently, the μ-controller μC is able to assign the voltage value U 1 to a specific state of charge of the charging device or to control the magnitude of the current to be charged.

Des Weiteren wird ein negativer Anteil des PWM-Signals parallel zu dem Widerstand R0 abgezweigt, um einen eventuellen fehlerhaften Zustand des Ladevorgangs bzw. der Ladevorrichtung zu überwachen. Dabei wird der negative Anteil des Impulses des PWM-Signals über einen Impedanz- und Pegelwandler P2 weitergeleitet. In Serie zu dem Pegelwandler P2 ist eine entgegengerichtete Diode D2 sowie ein Digitaleingang D-In des µ-Controllers geschaltet. Zwischen der Diode D2 und dem digitalen Eingang D-In des µ-Controllers µC ist ein zweiter Kondensator C2 sowie ein Widerstand R2 parallel geschaltet. Bei dem negativen Anteil des Impulses des PWM-Signals handelt es sich um einen konstanten Spannungswert Uk, der –12 V beträgt. Der negative Anteil des Impulses des PWM-Signals erfolgt jeweils alternierend zu dem positiven Anteil des Impulses des PWM-Signals. Sobald das PWM-Signal gestört ist bzw. der negative Spannungswert Uk eine Spannung aufweist, die von dem Wert –12 V in Richtung des Wertes von 0 V abweicht, kommt es zu einer Aufladung des zweiten Kondensators C2 mit einer Spannung U2 über den Widerstand R2. Der µ-Controller µC misst über den Digitaleingang D-In den Spannungswert U2 der an dem zweiten Kondensator C2 auftritt bzw. in diesem gespeichert ist. Sofern der Spannungswert U2 von 0 V abweicht, wird ein Fehlersignal ausgelöst und damit die Übertragung des Stroms über die Ladevorrichtung unterbrochen. Auch in diesem Fall wird durch die Zwischenspeicherung eines Spannungswerts U2 in dem zweiten Kondensator C2 ein Abtasten des konstanten Spannungswerts Uk des negativen Anteils des Impulses des PWM-Signals vermieden und auf diese Weise leicht und zuverlässig ein Fehler der Ladevorrichtung identifiziert. Furthermore, a negative portion of the PWM signal is branched in parallel with the resistor R 0 in order to monitor a possible faulty state of the charging process or the charging device. In this case, the negative portion of the pulse of the PWM signal via an impedance and level converter P 2 is forwarded. In series with the level converter P 2 , an opposite diode D 2 and a digital input D-In of the μ-controller is connected. Between the diode D 2 and the digital input D-In of the μ-controller μC, a second capacitor C 2 and a resistor R 2 is connected in parallel. The negative component of the pulse of the PWM signal is a constant voltage value U k , which is -12 V. The negative portion of the pulse of the PWM signal is alternately to the positive portion of the pulse of the PWM signal. Once the PWM signal is disturbed or the negative voltage value U k has a voltage which deviates from the value -12 V in the direction of the value of 0 V, there is a charging of the second capacitor C 2 with a voltage U 2 via the resistor R 2 . The μ-controller μC measures via the digital input D-In the voltage value U 2 which occurs at the second capacitor C 2 and is stored in this. If the voltage value U 2 deviates from 0 V, an error signal is triggered and thus the transmission of the current via the charging device is interrupted. In this case as well, the intermediate storage of a voltage value U 2 in the second capacitor C 2 avoids a sampling of the constant voltage value U k of the negative portion of the pulse of the PWM signal and in this way easily and reliably identifies a fault of the charging device.

Die vorhergehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung zeigt hier nur beispielhaft, wie eine Ladevorrichtung gemäß der DIN-EN61851-1 vorteilhaft ausgestaltet werden kann, um ein zuverlässiges und sicheres Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs E-FZG zu ermöglichen. The previously described embodiment of the invention shows here only by way of example, as a charging device according to the DIN EN61851-1 can be advantageously configured to allow a reliable and safe charging of an electrical energy storage of an electric vehicle E-FZG.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

AD-In In AD
Analog-Digital-Eingang Analog to digital input
C1 C1
Kondensator capacitor
C2 C2
Kondensator capacitor
D0 D0
Diode diode
D1 D1
Diode diode
D2 D2
Diode diode
D-In D-In
Digitaleingang Digital input
E-FZG E-FZG
Elektrofahrzeug electric vehicle
P0 P0
Pegelwandler level converter
P1 P1
Pegelwandler level converter
P2 P2
Pegelwandler level converter
PMW-Signal PMW signal
pulsweitenmoduliertes Signal pulse width modulated signal
PMW-Out PMW-out
Ausgang des pulsweitenmodulierten Signals Output of the pulse width modulated signal
R0 R0
Widerstand resistance
Ra Ra
Widerstand resistance
Rb Rb
Widerstand resistance
ST ST
Stecker plug
S1 S1
Spannungsfolger voltage follower
t0/T t0 / T
Tastverhältnis duty cycle
U0 U0
Spannungswert voltage value
U1 U1
Spannungswert voltage value
U2 U2
Spannungswert voltage value
Uk uk
konstanter Spannungswert constant voltage value
µC .mu.C
µ-Controller μ-controller

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • DIN EN 61851-1 [0002] DIN EN 61851-1 [0002]
  • DIN EN 61851-1 [0019] DIN EN 61851-1 [0019]
  • DIN EN61851-1 [0020] DIN EN61851-1 [0020]
  • DIN-EN61851-1 [0024] DIN-EN61851-1 [0024]

Claims (8)

Verfahren zum Steuern einer Ladevorrichtung für elektrische Energiespeicher mittels eines pulsweitenmodulierten Signals, bei dem die Spannungswerte (U0, Uk) zwischen zumindest einem unterschiedlichen positiven und einem konstanten negativen Spannungswert (U0, Uk) alternieren, wobei ein positiver Anteil eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals in einem ersten Kondensator (C1) gespeichert wird, und beim Fehlen eines negativen Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals ein zweiter Kondensator (C2) aufgeladen wird. A method for controlling a charging device for electric energy storage by means of a pulse width modulated signal, wherein the voltage values (U 0, U k) between at least one different positive and a constant negative voltage value (U 0, U k) alternate, with a positive portion of a pulse of pulse width modulated signal in a first capacitor (C 1 ) is stored, and in the absence of a negative portion of the pulse of the pulse width modulated signal, a second capacitor (C 2 ) is charged. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spanungswert (U1), der der Ladung des ersten Kondensators (C1) entspricht, als analoges Signal an einen A/D-Eingang (Ad-In) eines µ-Controllers (µC) geführt wird. A method according to claim 1, characterized in that a voltage value (U 1 ) corresponding to the charge of the first capacitor (C 1 ) as an analog signal to an A / D input (Ad-In) of a μ-controller (μC) to be led. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanungswert (U1), der der Ladung des ersten Kondensators (C1) entspricht, einen Ladezustand der elektrischen Ladevorrichtung bestimmt. A method according to claim 2, characterized in that the Spanungswert (U 1) of the charge of the first capacitor (C 1), determines a state of charge of the electric charging device. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spanungswert (U2), der der Ladung des zweiten Kondensators (C2) entspricht, als analoges Signal an einem D-Eingang (D-In) des µ-Controllers geführt wird. Method according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that a voltage value (U 2 ) corresponding to the charge of the second capacitor (C 2 ), as an analog signal at a D input (D-In) of the μ-controller to be led. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spanungswert (Uk), der der Ladung des zweiten Kondensators (C2) entspricht, ein Fehlersignal im µ-Controller auslöst. A method according to claim 4, characterized in that a voltage value (U k ) corresponding to the charge of the second capacitor (C 2 ) triggers an error signal in the μ-controller. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tastverhältnis des positiven Anteils des Impulses des pulsweitenmodulierten Signals – das dem Verhältnis einer Impulsweite des positiven Spannungswerts (t0) zu einer Periodendauer des Impulses (T) entspricht – einen Ladestromzustand der Ladevorrichtung bestimmt. Method according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that a duty cycle of the positive portion of the pulse of the pulse width modulated signal - which corresponds to the ratio of a pulse width of the positive voltage value (t 0 ) to a period of the pulse (T) - a charging current state of Loading device determined. Ladevorrichtung zum Betreiben eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6 bei dem zwischen zwei Anschlüssen eines Ladekabels eine Schaltung vorgesehen ist, die ein zum Steuern eines Ladestroms vorgesehenes pulsweitenmoduliertes Signal auswertet, wobei die Schaltung umfasst: – einen ersten Kondensator (C1), in dem zumindest ein positiver Anteil eines Impulses des pulsweitenmodulierten Signals speicherbar ist, und – einen zweiten Kondensator, der aufladbar ist, wenn ein negativer Anteil eines alternierenden pulsweitenmodulierten Signals fehlt. Charging device for operating a method according to claim 1 to 6, in which between two terminals of a charging cable a circuit is provided which evaluates a pulse width modulated signal provided for controlling a charging current, the circuit comprising: - A first capacitor (C1) in which at least a positive portion of a pulse of the pulse width modulated signal can be stored, and A second capacitor which is rechargeable when a negative portion of an alternating pulse width modulated signal is missing. Ladevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung einen Pilotleiter umfasst, auf dem das pulsweitenmodulierte Signal übertragen wird. Charging device according to claim 7, characterized in that the charging device comprises a pilot conductor on which the pulse width modulated signal is transmitted.
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