CN104283209A - 用于根据内部电阻调节负载电流的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在负载的操作期间调节负载电流的方法及装置，其中负载经由负载连接而连接至供电***的供电线。供电***的在负载连接上有效的内部电阻被确定并且用于调节负载电流。本发明的基本思想是基于对供电网的内部电阻的确定和监视，以便及早识别潜在风险并且开始适当的测量。根据所确定的内部电阻值，可以对关于供电***例如建筑设施的从对供电电缆出口中的供电线的主电力分配到负载连接的品质做出说明。

Description

用于根据内部电阻调节负载电流的方法及装置
技术领域
本发明涉及用于在负载的操作期间调节负载电流的方法及装置，其中负载经由负载连接而连接至供电***的供电线。
背景技术
从用电设备作为负载连接至供电***的供电线的电路布置开始，对于电气安全而言必须确保经由负载连接至用电设备的负载电流以及因此供电线中的电流不超过最大值。特别是在供电***的较旧的或未充分保护的分配***中或在具有高的接触电阻或过渡电阻的负载连接处，如果功耗因增加了的电阻而无法耗散，则会增加高负载电流操作期间的火灾风险。供电线的最大容量通常关于电流强度标称地已知，但是设施的瞬时技术状况往往被忽视以至于存在过载风险。
为进一步说明要达到的目的，下面考虑电动车辆的充电过程作为负载操作的示例。具有电能存储单元的电动车辆的车载电气***与负载对应，并且流入电动车辆的充电电流表示负载电流。
由于电动车辆的电能存储单元被定期充电，所以这里也要考虑在充电过程期间产生的风险。具体地，如果电动车辆连接至用于充电的商用电源插座，则必须确定插座后面的供电网实际上针对高负载电流(充电电流)而配置。实际上，流经Schuko或CEE插头插座的充电连接的充电电流在不受控充电的情况(充电模式2)下可以上至32A。
一些充电装置提供对充电电流的调节选项。用户可以选择减小了的最大充电电流以使充电电流适应本地电设施的环境。
具体地，目前没有确保在电动交通的逐渐发展过程中，对于充电而言电动车辆总是连接至满足所有规范的电设施。因此，对电动车辆的安全可靠的充电以及常规负载的操作直接与建筑设施的电状态相联系。这更加适用于不适当的延长电缆被用于将用电设备与商用电源插座连接的情况。
在上述布置中以下被证明是不利的：在负载操作期间并未考虑供电网的瞬时电状态，尤其是从其供电线的品质方面来讲。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种用于增加在供电***的供电线上的负载的操作期间的电气安全的方法及装置。
关于方法，结合权利要求1的前序部分因以下而达到了该目的：确定供电***的在负载连接处有效的内部电阻并且将所述内部电阻用于调节负载电流。
本发明的基本思想有利地基于对供电网的内部电阻的确定和监视，以便及早识别潜在风险并且开始适当的测量。
在上下文中，相对于供电***外部，供电***的在负载连接处有效的电阻被称为内部电阻，在下文中被指定为Ri。
根据所确定的内部电阻值Ri，可以关于供电***例如建筑设施的从对供电电缆出口中的供电线的主电力分配到负载连接的品质做出说明。
在优选实施方式中，在负载操作期间针对对能预定的内部电阻极限的超过来持续地监视内部电阻Ri。
在负载操作期间，关于对供电***有效的特定内部电阻极限是否被超过来持续监视内部电阻Ri。如果此类恶化被指示，则可以自动地或通过人工干预来应答此类恶化。因此，可以及早识别危险的供电电路并且防止潜在的火灾损害。
此外，对施加在负载连接处外导线与中性导线之间的至少一个端电压Vk以及流经负载连接的相关联的负载电流I1进行测量来确定内部电阻Ri。
通过对特定端子对如L1和N上的电流/电压测量来确定供电***的关于负载连接有效的在外导线与中性导线之间的内部电阻Ri。为此，对施加在负载连接处的端电压Vk进行抽头，并且对流经这些触头的负载电流I1进行测量。例如，除了利用其确定内部电阻Ri之外，还可以利用所测量的端电压Vk的级数来识别由因用电设备损坏造成的过量的负载电流I1引起的功率过载。在多相供电网的情况下，例如在外导线L1与中性导线N之间确定至少一个内部电阻Ri；但可替代地或另外地，也可以关于相应的其他外导线例如L2和L3与中性导线N来确定并且监视内部电阻Ri并且将内部电阻Ri用于评估供电网的品质。
在另一种有利实施方式中，通过负载电流变化ΔI1确定内部电阻Ri，同时确定由所测量的端电压Vk产生的电压差ΔV。
为确定内部电阻Ri，使负载电流I1改变值ΔI1，并且通过测量端电压Vk利用负载连接处的结果的电压差ΔV来计算内部电阻Ri。如果从假设为恒定的开路电压V0开始测量电流/电压，则Ri＝ΔV/ΔI1适用于内部电阻，其中ΔV＝V0–Vk，从而进一步假设线性电流/电压关系(欧姆定律)的有效性。然而，也可以在不知道开路电压V0的任何给定负载情况下确定电压差ΔV。
有利地，用于确定内部电阻Ri的负载电流变化ΔI1通过负载电流的脉冲式变化ΔI1乘以能预定的值来产生。
借助于与测量脉冲形式的短期负载电流变化ΔI1对应的该脉冲式负载电流变化ΔI1，确定内部电阻Ri，同时确定由所述电流变化ΔI1产生的电压差ΔV。在负载电流增大的情况下，负载电流无法再上升到高于最大负载电流I1max。脉冲式负载电流变化ΔI1应当被理解为是指相对于通常出现的具有较缓慢的特性并且被自动校正的电网电压波动的短期的快速变化。因此，用于确定内部电阻Ri的负载电流变化ΔI1以及对电压差ΔV的相应确定不受出现在供电***的操作中的典型的电网电压波动的影响。
此外，以手动或时控方式来触发对内部电阻Ri的确定。可以在例如尤其要在用电设备新安装之后第一次激活前新启动的负载操作开始时由***操作者手动触发对内部电阻Ri的确定。此外，在负载操作期间确定内部电阻Ri的时控方式可识别供电***在较长的时间段内的品质的缓慢变化。可调时间间隔内的反复确定适合于此目的。
有利地，通过负载电流I1的操作相关的变化触发在负载操作期间对内部电阻Ri的确定。作为对内部电阻Ri的手动或时控确定的补充，也可以根据负载电流I1的时间级数来触发该确定。如果负载电流在用电设备的不同的操作或使用状况如电焊装置的电流消耗下变化，则可以使用该电流变化来触发用于确定内部电阻Ri的电流/电压测量。
优选地，可以预设最大负载电流I1max。因此，可以通过调节***特定的最大负载电流I1max预先考虑供电网的品质。以此方式，如果确定设施可靠地工作，则负载电流I1可以出于安全原因而被限制到最大负载电流I1max，或者负载可以以给定供电***的最大可容许的电流强度来操作。
为调节***特定的最大负载电流I1max，可从供电***的最大可容许功耗Pvmax导出I1max。为此，用户不直接选择最大电流值，而是遵循由供电***的内部电阻Ri所产生的功耗，从该功耗可以计算损耗相关的最大负载电流I1max。例如，供电***的负载电路在从功耗为60W时开始存在火灾风险。因此，可以例如根据I1max＝Pvmax/ΔV从30W的最大可容许功耗Pvmax导出最大负载电流I1max，其中ΔV是供电***的内部电阻Ri上的电压降。
有利地，如果内部电阻极限被超过，则使负载操作停止。
为排除由潜在火灾引起的对人员和***的风险，当内部电阻Ri超过可能***特定的内部电阻极限时，借助于停止装置来中断负载操作。在对电动车辆的电能存储单元充电的情况下，充电过程会因此至少暂时终止。
作为对停止负载操作的替代，当内部电阻极限被超过时，可以降低负载电流I1。
如果用电设备被适当地配置，则其可以以较低的电流消耗并且在适当的情况下以有限的功能操作。具体地，因此可以确定：在对电动车辆充电的情况下，当供电***的品质在充电操作期间恶化时，供电***的过载风险几乎被完全排除，而且不中断对能量存储单元的充电。
在另一种实施方式中，如果内部电阻极限被超过，则使供电***中为负载供电的负载电路停止，这组合有供电***中的电保护装置。
结合布置在供电***中的保护装置，当对内部电阻极限的超过被检测到时，可以停止供电***的至少承载负载电流I1的那部分。以此方式，电气安全进一步被提高。
当在供电***中为负载供电的负载电流电路中的过流保护装置被触发时，优选地记录相关联的负载电流I1并且将其作为负载电流极限。
如果供电***中的过流保护装置由于流经负载连接的过度负载电流I1而被触发，则可以记录触发瞬间出现的负载电流I1并且将其用作后续负载操作的负载电流极限。可以替代地从该负载电流极限导出包括安全裕量的最大负载电流I1max。因此，当重新开始负载操作时，避免了因过度负载电流I1而引起对供电***中的过流保护装置的反复触发。
在另一种实施方式中，针对内部电阻Ri计算至少一个阈值，当超过所述至少一个阈值时则触发警告。
警告向用户通知供电网的恶化的或迫近的危险状况，并且可以在事故出现之前提示检查***。
在优选实施方式中，借助于作为负载电流I1的充电电流来对电能存储单元充电。
根据本发明的方法特别适合于监视电能存储单元的充电过程，因为充电电流强度通常不限制于特定的恒定电流值。因此，可以将充电过程理解为负载操作，其中充电电流与负载电流I1对应。通过借助于所计算的内部电阻Ri来调节负载电流I1，可以使用适合于供电网的优选最大负载电流I1对能量存储单元进行充电。
有利地，在充电过程中对设置有充电装置的电动车辆的电能存储单元进行充电，其中电动车辆经由负载连接通过充电电缆连接到供电***的供电线。
除对固定的能量存储单元充电外，根据本发明的方法还可以用于对电动车辆的电能存储单元充电。在上下文中，电动车辆经由包括负载连接的插头装置通过充电电缆连接到供电***的供电线。
关于装置，结合权利要求17的前序部分通过以下实现了本发明的目的：用于确定所述供电***的在所述负载连接处有效的内部电阻Ri的电流测量装置和电压测量装置。
在对根据本发明的方法的实现中，根据本发明的装置包括电流测量装置和电压测量装置。根据在负载连接处指示的电流值和电压值，可以确定供电***的在这些“端子”处有效的内部电阻Ri。可以将电流测量装置实施为差分电流测量装置。
在另一种有利实施方式中，该装置包括用于针对对能预定的内部电阻极限的超过来监视内部电阻Ri的比较装置。
根据本发明的基本思想，通过与内部电阻极限的比较来针对超过监视所计算的内部电阻Ri，以获得关于供电***的设施的瞬时状况以及品质的说明。
此外，该装置包括用于改变负载电流I1以确定内部电阻Ri并且在内部电阻极限被超过的情况下减小负载电流I1的调节装置。
从负载电流的变化ΔI1和因而产生的电压变化ΔV根据关系Ri＝ΔV/ΔI1来计算内部电阻Ri。为了能够在内部电阻极限被超过时执行电流变化ΔI1用于该计算，并且如果必要，降低负载电流I1，该装置包括调节装置。也可以将负载电流I1降低到与负载操作的中断对应的零值。
为使负载操作停止，该装置还包括停止装置。如果内部电阻极限被超过，则可以替代初始降低负载电流I1或除初始降低负载电流I1以外地借助于停止装置使负载操作停止。
在另一种有利实施方式中，该装置包括：用于将测量值和预设值组合的计算单元；以及用于控制测量任务和计算任务的顺序的控制单元。
基于所测量的电流值和电压值以及预设值和存储值，计算单元执行用于确定内部电阻Ri的计算。控制单元可以被实施为微控制器，并且可以限定方法步骤的时间顺序。例如，控制单元指示要何时以及因何事件而执行对内部电阻Ri的新确定。
附图说明
另外的有利实施方式特征从以下描述和附图中产生，其借助于示例来说明本发明的优选实施方式。在附图中：
图1：示出了具有根据本发明的用于调节负载电流的装置的供电网的示意图，以及
图2：示出了用于对电动车辆的能量存储单元进行充电的方法的实现。
具体实施方式
图1示出了供电***2，其被实施为包括有源导线L1、L2、L3和N以及保护性接地导线PE的接地三相供电网。供电***2包括：主***4、从主***4分支出的三相供电线8以及从主***4分支出的另外的单相供电线10。负载L作为用电设备经由负载连接14连接至供电线8、10中的每一条。根据本发明的装置15在供电线8、10中的每一条中连接在负载连接14与负载L之间。供电***2的线路电阻和过渡电阻被示为集中的损耗电阻R。
将针对单相供电线10更加详细地说明根据本发明的方法的功能以及根据本发明的用于实现该方法的装置15的功能。用于调节负载电流I1的装置15包括电压测量装置22和电流测量装置24。电压测量装置22对出现在负载连接14处导线L1与中性导线N之间的端电压Vk进行测量，并且电流测量装置24对流经供电线10的导线L1和N并且流经负载L的负载电流I1进行测量。借助于电流/电压测量，供电***2的内部电阻Ri被确定，所述内部电阻是从负载连接14“看”的，并且基本上由损耗电阻R产生，从而能够做出关于供电***2的电状态的说明。
作为另外的功能块，根据本发明的装置15包括：比较装置26，用于针对对能预定的内部电阻极限的超过来监视内部电阻Ri；调节装置28，用于改变和减小负载电流I1；停止装置30，用于中断负载操作；计算单元32，用于将测量值与预设值相关联；以及控制单元34，用于控制测量任务和计算任务的顺序。
图2示出了根据本发明的用于借助车载充电装置20对电动车辆EV的能量存储单元40充电的方法的实现。电动车辆EV经由包括负载连接(充电连接)14的插头装置12并且经由充电电缆16与供电线10的导线L1、N和PE连接。
为满足标准化安全要求，针对电动车辆EV的电能存储单元40是在商用电源插座上充电(充电模式2)的情况，在充电电缆16中设置用于与位于电动车辆EV内的充电装置20进行通信的具有导频功能(CP—控制导频)的移动保护装置18(IC-CPD—电缆内控制与保护装置)。
根据现有技术已知的保护装置18已通过根据本发明的对负载电流I1的取决于内部电阻的调节的功能而得以扩展，使得以此方式改进了的保护装置18包括根据本发明的装置15的功能范围，从而能够确定供电***2的在负载连接14处有效的内部电阻Ri并且调节负载电流I1。在所示出的实施例中，仅电压测量22和电流测量24的功能被示出。改进了的保护装置18另外还包括未示出的功能块：比较装置26、调节装置28、停止装置30、计算单元32和控制单元34。
作为对将根据本发明的方法全面实现到保护装置18中的替代，也可以将根据本发明的装置15作为如图1所示的单独的功能单元集成到充电电缆16中，或者作为单独的结构部件连接到其上游，或者布置分布在包括保护装置18的几个结构部件上。
如在具有图1中的通用负载L的实施例中，电压测量装置22对在此处用作充电连接的负载连接14处产生的端电压Vk进行测量，所述端电压还作为供电电压被施加到电动车辆EV的充电装置20。电流测量装置24对流经供电线10并且作为充电电流供给电动车辆EV的充电装置20的负载电流I1进行测量。通过以根据本发明的方式确定和监视供电***2的在负载连接14处有效的内部电阻Ri，该电流/电压测量能够做出关于供电***2的电状态的说明，并且能够使充电电流(负载电流I1)适应供电网的品质。
可以借助导频功能CP将用于调节负载电流I1的控制信号传送到位于电动车辆EV中的充电装置20。
可以经由光指示和/或声音指示在保护装置18处直接报告警告，或者可以经由CP信号将警告传送到车载充电装置20并且在电动车辆EV内显示。

Claims (22)

1.一种用于在负载(L)的操作期间调节负载电流(I1)的方法，所述负载(L)经由负载连接(14)而连接至供电***(2)的供电线(10)，其特征在于：
确定所述供电***(2)的在所述负载连接(14)上有效的内部电阻(Ri)并且将所述内部电阻(Ri)用于调节所述负载电流(I1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在所述负载操作期间针对对能够预定的内部电阻极限的超过来持续监视所述内部电阻(Ri)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
为确定所述内部电阻(Ri)，对施加在所述负载连接(14)处外导线(L1，L2，L3)与中性导线(N)之间的至少一个端电压(Vk)以及流经所述负载连接(14)的相关联的所述负载电流(I1)进行测量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
通过负载电流变化(ΔI1)确定所述内部电阻(Ri)，同时确定由所测量的端电压(Vk)产生的电压差(ΔV)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
用于确定所述内部电阻(Ri)的所述负载电流变化(ΔI1)以所述负载电流(I1)的脉冲式变化乘以能够预定的值的方式出现。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：
以手动或时控方式触发对所述内部电阻(Ri)的确定。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于：
在所述负载操作期间通过所述负载电流(I1)的操作相关的变化来触发对所述内部电阻(Ri)的确定。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于：
能够预设最大负载电流(I1max)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
从所述供电***(2)的最大可容许功率耗散(Pvmax)导出所述最大负载电流(I1max)。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的方法，其特征在于：
如果所述内部电阻极限被超过，则使所述负载操作停止。
11.根据权利要求2至9中任一项所述的方法，其特征在于：
如果所述内部电阻极限被超过，则减小所述负载电流(I1)。
12.根据权利要求2至11中任一项所述的方法，其特征在于：
如果所述内部电阻极限被超过，则结合所述供电***(2)中的电保护装置使所述供电***(2)中为所述负载(L)供电的负载电路停止。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于：
在所述供电***(2)的为所述负载(L)供电的所述负载电路中的过流保护装置被触发的情况下，记录相关联的所述负载电流(I1)并且将所述相关联的负载电流(I1)用作负载电流极限。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于：
针对所述内部电阻(Ri)计算至少一个超过则触发警告的阈值。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于：
借助于作为负载电流(I1)的充电电流执行对电能存储单元(40)的充电过程。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于：
在所述充电过程中，对设置有充电装置(20)的电动车辆(EV)的所述电能存储单元(40)进行充电，所述电动车辆经由所述负载连接(14)通过充电电缆(16)连接至所述供电***(2)的所述供电线(10)。
17.一种用于在负载(L)的操作期间调节负载电流(I1)的装置，所述负载(L)经由负载连接(14)而连接至供电***(2)的供电线(10)，其特征在于：
电流测量装置(24)和电压测量装置(22)，用于确定所述供电***(2)的在所述负载连接(14)上有效的内部电阻(Ri)。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于：
比较装置(26)，用于针对对能够预定的内部电阻极限的超过来监视所述内部电阻(Ri)。
19.根据权利要求17或18所述的装置，其特征在于：
调节装置(28)，用于：改变所述负载电流(I1)以确定所述内部电阻(Ri)，并且如果所述内部电阻极限被超过则减小所述负载电流(I1)。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的装置，其特征在于：
停止装置(30)，用于：如果所述内部电阻极限被超过，则使所述负载操作停止。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的装置，其特征在于：
用于组合所测量值和所预定值的计算单元(32)。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的装置，其特征在于：
用于控制所述测量任务和所述计算任务的顺序的控制单元(34)。
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