CN103764434A - 交通工具的能量储存装置的用于充电的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在通过充电装置(30)为交通工具(10)的能量储存装置(21)充电的过程中，测量由充电装置(30)提供的在交通工具(10)的接头(22)上的电压。依据所述电压调节由所述充电装置(30)提供的和向能量储存装置(21)充电的充电电流，以便在充电时限制损耗功率。

Description

交通工具的能量储存装置的用于充电的方法和设备
本发明涉及一种方法和一种设备，以便通过外部供给电压为交通工具的能量储存装置充电。
根据DE195 21 962A1，当电池电压出现电压降而低于预定电压时，通过产生充电过程终止信号，控制用于电动车的电池充电过程。
US2008/0007202A1描述了一种用于交通工具的充电***，在该充电***中确定充电时间的起点和充电时间。
US2004/0169489A1描述了电池的充电。其中，为了确定用于充电的功率级别，测量怠速电压。在超出电流限定和电压限定前，提高这种功率级别。
DE10 2005 011 081A1描述了一种方法，用于识别在蓄电池上是否存在外部电压，为此在一定时间间隔内将蓄电池电压与蓄电池输出端断开。
DE35 28 476A1公开了电动车电池的充电。为了遵循充电特性曲线，在此测量充电电流和充电电压。
当电动车的驾驶员在对他来说陌生的充电装置上为他的交通工具的高压电池进行充电时，该驾驶员必须限定充电电流，以便避免例如由于在充电过程中过高的放热而损坏充电装置。当驾驶员不能够获知充电电流最大值（该最大值定义由充电装置产生的最大充电电流）时，驾驶员必须出于安全考虑为交通工具接通尽可能低的充电电流来充电，由此以不利的方式相应地延长了充电过程。
因此本发明所要解决的技术问题是，在使用未知的、陌生的充电装置情况下仍能以尽可能短的时间进行充电过程。
根据本发明，所述技术问题根据权利要求1或8通过用于为交通工具的能量储存装置充电的方法、根据权利要求9或10通过用于为交通工具的能量储存装置充电的设备、或者根据权利要求12通过一种交通工具而解决。从属权利要求定义了本发明的优选和有利的实施方式。
在本发明的范围内，提供通过充电装置用于为交通工具的能量储存装置充电的方法。其中，由充电装置提供的电压、尤其交流电压被在交通工具的接头上测量。由充电装置提供的、向能量储存装置进行充电的充电电流依据所述测得的电压被如此调节，使得在充电时限制损耗功率。
通过在充电时限制损耗功率，例如还能在充电装置上或者在交通工具内相应地限制由于损耗功率而产生的放热。当例如损耗功率的临界值相应地被设置，并且充电电流被如此调节使得损耗功率在充电时保持低于该临界值时，放热能够相应地被限制，由此在选择适合的临界值的情况下以有利的方式避免了交通工具或者充电装置的损坏，并且还可产生相应大小的充电电流(根据所述临界值)，以便在合适的时间内为能量储存装置充电。
在此，充电装置理解为这样一种装置，为交通工具提供电压。在此，该充电装置也能够是正常的插座。
根据优选的根据本发明的实施方式，在接头上的电压在充电装置无载的状态下被测量为静止电压(Ruhespannung)。在为能量储存装置充电的情况下，测量在接头上的实时电压，该电压依据充电电流而形成。随后确定由静止电压和在接头上测得的实时电压之间的差值，并且根据该电压差调整或者调节充电电流。
充电装置的无载状态在此尤其指的是，充电电流等于零的情况。在充电装置和/或交通工具内由于充电产生的损耗功率与所述差值(电压差)和充电电流的乘积有关。在通过相应的调整或调节充电电流以把所述差值保持在较低水平的情况下，因而在充电装置上也将损耗功率保持在较低水平。
静止电压的测量、亦即在无载状态下在交通工具的接头上的电压测量，能够在预定时间间隔内被重复，以便能够考虑到由充电装置提供的电压的波动。
通过在一定时间间隔内重复对静止电压的测量，则能够在调整充电电流时以有利的方式这样考虑充电装置的电压波动，使得尽管存在这种电压波动仍能将损耗功率调整在最佳情况或者至少保持在临界值以下。
根据本发明的实施方式，由静止电压UR和在接头上实时测量到的电压U所得的差值dU与静止电压的比例V由下面方程(1)来确定。
V=dU/UR=(UR-U)/UR  （1）
在此，这样调节充电电流，使得所述比例V尽可能在区间1%至5%，最好保持在3%。在此，由静止电压和在接头上实时测量到的电压的差值越大，则也将充电电流调节得越大。
当所述比例V保持在一定的百分比时，这意味着，在接头上实时测量到的电压相对于静止电压缺失了这个百分比的量。如果按照VDE标准0100例如3%百分比正好仍定义为允许的电压干扰。
当在接头上测量到的电压降到预定的电压临界值以下时，则尤其将充电电流调节到0，或者中断充电过程。
由此保证了，当在接头上的交流电压在充电时剧烈下降时，充电可被立即停止，因此避免在充电时装置的过热。在此，预定的电压临界值能够例如被这样选择，使得该临界值处于静止电压的90%-95%的区间内。如果出现这种情况，即测量到的电压降到电压临界值以下并且充电过程被中断时，例如能够向驾驶员通知相关信息。
根据本发明的另一实施方式，产生充电电流脉冲，并且在产生这种充电电流脉冲期间，测量在接头上的电压随时间的变化曲线。根据该电压的曲线和根据这种充电电流脉冲的特性(例如最大值，时间间隔)能够随后确定导线电阻，尤其确定在充电装置内的导线电阻。充电电流从而根据这种如此测定的导线电阻可被这样调节，使得可将在充电装置内的损耗功率调节到理想值。
例如能够借助下面这个方程(2)来计算电阻R。
R=dU/I （2）
在此，I为电流脉冲的振幅，并且dU是由于产生的电流脉冲而形成的(最大)电压差。
之后，计算得到的电阻R与校准电阻值SR相比较，该标准电阻值能够用下面这个方程(3)来计算。
SR=ρxl/A （3）
在此，ρ是电阻率(单位[Ωmm2/m])，l为导线长度，并且A为充电电线的导线横截面，通过该充电电线向能量储存器充电。
计算得到的电阻与标准电阻相比较，并且依据该比较结果调节充电电流。尤其应该这样调节充电电流，即计算得到电阻乘以预定因数(例如1.01至1.4)不大于标准电阻(例如，当充电电流的振幅等于电流脉冲的振幅时)。
在本发明的范围内，还提供了用于给交通工具的能量储存装置充电的另一种方法。根据这种方法，在为能量储存装置充电时确定损耗功率，并且在为能量储存装置充电时根据这种损耗功率调节充电电流。
这种根据本发明的另一种方法还能够这样调节充电电流，使得在充电装置内的损耗功率被调节到理想值。
在充电装置内将损耗功率调节到理想值，在本发明范围内尤其意味着，这样调整损耗功率，使得在交通工具的接头上由充电装置提供的电压的电压干扰或电压降落尽可能精确地等于(参照上面的方程(1))预定的百分比(例如在区间1%-5%内，最好为3%)。
在本发明的范围内，还提供一种用于通过外部充电装置向交通工具的能量储存装置充电的设备。该设备包括控制件、电压测量器和电流调节器。借助电压测量器，测量在交通工具的接头上由充电装置提供的电压。由充电装置产生的并向能量储存装置充电的充电电流依据所述测得的电压借助控制件和电流调节器被这样地调节，使得尤其在充电装置内的损耗功率在充电时被限制。
在本发明的范围内，还提供了另一种用于向交通工具的能量储存装置充电的设备。该另一种设备包括控制件和电流调节器。借助控制件，在向能量储存装置充电时确定尤其充电装置的损耗功率。借助控制件和电流调节器在向能量储存装置充电时依据这种损耗功率调节充电电流。
根据本发明的设备和根据本发明的另一种设备的优点基本上与根据本发明的方法和根据本发明的另一种方法的优点相一致，所述方法和另一种方法的优点前面已经详细叙述了，因此这里不再重复叙述。
在本发明的范围内，还提供一种交通工具，该交通工具包括根据本发明的设备或者根据本发明的另一种设备。
本发明具有下面这些优点：
·本发明能够实现主动监控在充电过程中在交通工具的接头上的交流电压，从而例如在出现剧烈的电压干扰时能够立即中断充电过程。
·本发明能够在充电时主动监控损耗功率，从而例如避免出现过高的损耗功率。
·本发明通过相应地限制损耗功率来提供防止连接插头或者基础设备出现过热的主动保护。
·本发明还能够被直接应用在交通工具内，以便检测交通工具部件和交通工具插头，其中，在充电过程中监控电压曲线，并且将出现过大的电压干扰或电压陷落诊断为交通工具部件破损或交通工具插头破损。
本发明尤其适用于电动车或者混合动力车，以用于为高压能量储存装置安全地和动态地充电。当然，本发明不止局限于优选的应用范围，因为本发明例如还能够被应用于船、飞机以及轨道交通工具或者车道导引的交通工具。此外，本发明至少理论上还适用于为处于固定不动设备中的能量储存装置充电。
下面结合附图根据本发明的实施方式详细描述本发明。
图1和2分别根据本发明的变型方案示出在能量储存装置充电过程中的电压曲线和电流曲线。
图3示出根据本发明的具有根据本发明的设备的交通工具。
图1示出在根据本发明的给能量储存装置充电过程中随着时间t变化的电流曲线I和电压曲线U的曲线图。在充电过程的开始阶段、在时间间隔1期间，为能量储存装置充电所使用的电线未载荷或无载，从而在交通工具相应的连接端上测量到静止电压为230V，同时充电电流为0A。静止电压的测量值被保存在交通工具内。在第二段时间间隔2内，充电电流被提升到最大值，这会导致，在连接端上测量到的电压U相应地下降。在第三段时间间隔3内，充电电流被保持恒定，从而在连接端上测量到的电压U也保持恒定。在第四段时间间隔4内，充电电流I下降，由此在连接端上测量到的电压U重新上升。在第五段时间间隔5期间，根据在连接端上测量到的电压U和根据设置的充电电流I计算和评估损耗功率。为了降低损耗功率，在第六段时间间隔期间再次降低充电电流I，由此虽然在连接端上测量到的电压U升高了，但是仍能降低损耗功率。与在第五段时间间隔5的情况相似，在第七段时间间隔中根据在连接端上测量到的电压U和充电电流I计算和评估损耗功率。因为损耗功率在这种示例性充电过程中被视为过大，所以充电电流I在第七段时间间隔末端被断开，由此重新得到静止电压230V。
在图2中，同样地示出根据另一种变型方案在根据本发明的充电过程中随着时间t变化的电流曲线I和电压曲线U。与在图1中示出的变型方案相类似，导线在充电过程开始阶段在时间间隔11内未载荷或无载，从而在交通工具的连接端上加载有并且可230V静止电压，同时没有充电电流。在随后的时间间隔12中，产生充电电流脉冲16，通过该充电电流脉冲形成相应的脉冲式电压干扰或脉冲式电压陷落。根据脉冲式电压干扰以及充电电流脉冲16的特性，能够确定导线电阻，其中借助该导线电阻由此能够将损耗功率设置在理想值上，以及能够将充电电流设置在尽可能最大值上。在此，导线电阻包括充电电流的交流导线的电阻以及插头和耦合位置的接触电阻。在随后的时间间隔13中，将充电电流I提高到这种计算的最大值，从而使得在连接端上测量到的电压U相应地降低。在此，静止电压所降低的电压差dU几乎为3%。在随后的时间间隔14中，将充电电流I保持在该数值上，从而也将电压U稳定地保持。在时间间隔15内继续该充电过程。
在图3中，示出外部充电装置30以及连接在这种装置30上的根据本发明的交通工具10。所述交通工具10包括根据本发明的设备20、用于连接充电装置30的接头22和高压能量储存装置21。根据本发明的设备20则包括控制件23、电压测量器24和电流控制器25。
借助电压测量器24，设备20能测量在接头22上的电压。由充电装置30产生的、并且为能量储存装置21充电的充电电流，根据所述测得的电压借助电流控制器25被如此调节，使得损耗功率、尤其充电装置30的损耗功率在充电时受到限制或者被调节在理想值上。

Claims (12)

1.一种用于通过充电装置(30)向交通工具(10)的能量储存装置(21)充电的方法，其中，测量在所述交通工具(10)的接头(22)上的由所述充电装置(30)提供的电压(U)，其中，依据所述电压(U)调节由所述充电装置(30)提供的、并且为所述能量储存装置(21)充电的充电电流(I)，以便在充电过程中限制损耗功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在接头(22)上测得的电压是交流电压(U)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在接头(22)上的电压(U)在无载状态下被作为静止电压来测量，并且依据在静止电压和在接头上实时测得的电压(U)之间的差值(dU)来调节所述充电电流(I)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在预定时间间隔内重复测量静止电压，以便考虑由所述充电装置(30)提供的电压(U)的波动。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，调节所述充电电流(I)，以便将由所述差值(dU)和静止电压得到的比例保持在预定值上。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，当所述在接头(22)上测得的电压(U)降到预定的电压临界值之下时，将所述充电电流(I)调节到0。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，产生所述充电电流(I)的电流脉冲(16)，在接通所述电流脉冲(16)的同时，测绘在所述接头(22)上的电压(U)的曲线，依据所述电压(U)的曲线和所述电流脉冲(16)确定导线电阻，并且依据所述导线电阻调节所述充电电流(I)。
8.一种用于为交通工具(10)的能量储存装置(21)充电的方法，包括：
在为所述能量储存装置(21)充电时确定损耗功率，并且
在为所述能量储存装置(21)充电时依据所述损耗功率设置充电电流。
9.一种用于通过充电装置(30)为交通工具(10)的能量储存装置(21)充电的设备，其中，所述设备(20)包括控制件(23)、电压测量器(24)和电流调节器(25)，其中，所述电压测量器(24)被设计为，测量在交通工具(10)的接头(22)上的由充电装置(30)提供的电压(U)，其中，所述控制件(23)和电流调节器(25)被设计为，用于依据所述测得的电压(U)调节由所述充电装置(30)提供的和向能量储存装置(21)充电的充电电流(I)，以便在充电时限制损耗功率。
10.一种用于为交通工具(10)的能量储存装置(21)充电的设备，其中，所述设备(20)包括控制件(23)和电流调节器(25)，其中，所述设备被设计为，用来借助所述控制件(23)确定在为能量储存装置(21)充电过程中的损耗功率，并且用来借助所述控制件(23)和电流调节器(25)在为能量储存装置(21)充电过程中依据所述损耗功率设置充电电流(I)。
11.根据权利要求9或10的设备，其特征在于，所述设备(20)被设计用于实施根据权利要求1至8之一所述的方法。
12.一种具有根据权利要求9至11之一所述的设备的交通工具。
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