DE102021116871A1 - Charger for a three-phase alternating current network and charging method for a battery - Google Patents

Charger for a three-phase alternating current network and charging method for a battery Download PDF

Info

Publication number
DE102021116871A1
DE102021116871A1 DE102021116871.6A DE102021116871A DE102021116871A1 DE 102021116871 A1 DE102021116871 A1 DE 102021116871A1 DE 102021116871 A DE102021116871 A DE 102021116871A DE 102021116871 A1 DE102021116871 A1 DE 102021116871A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
load
phase
phases
charger
mains
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021116871.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Michael Opitz
Berthold Benkendorff
Fabian Frese
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jungheinrich AG
Original Assignee
Jungheinrich AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jungheinrich AG filed Critical Jungheinrich AG
Priority to DE102021116871.6A priority Critical patent/DE102021116871A1/en
Publication of DE102021116871A1 publication Critical patent/DE102021116871A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/63Monitoring or controlling charging stations in response to network capacity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14Conductive energy transfer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30Constructional details of charging stations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/66Data transfer between charging stations and vehicles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/001Methods to deal with contingencies, e.g. abnormalities, faults or failures
    • H02J3/0012Contingency detection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/26Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Ladegerät für ein Dreiphasenwechselstromnetz mit einer Schieflastdetektion, insbesondere in einem Lagerlogistiksystem mit mindestens einem Flurförderzeug, das für jede Phase ein Leistungsmodul aufweist, das die jeweils anliegende Phase gleichrichtet, wobei mindestens ein Messmodul vorgesehen ist, das für jedes Leistungsmodul eine anliegende Netzspannung und einen Netzstrom misst und diese Werte an eine zentrale Steuerung des Ladegeräts weiterleitet, die gemessenen Netzspannungen und die Netzströme der Phasen miteinander vergleicht und bei Vorliegen einer Netzschieflast eine oder mehrere Phasen priorisiert, um eine gleiche Belastung der Phasen zu erzielen.

Figure DE102021116871A1_0000
Charger for a three-phase alternating current network with an unbalanced load detection, in particular in a warehouse logistics system with at least one industrial truck, which has a power module for each phase, which rectifies the phase that is present in each case, with at least one measuring module being provided that measures a mains voltage and a mains current present for each power module and forwards these values to a central controller of the charger, which compares the measured mains voltages and the mains currents of the phases with one another and, if there is an unbalanced mains load, prioritizes one or more phases in order to achieve an equal load on the phases.
Figure DE102021116871A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladegerät für ein Dreiphasenwechselstromnetz sowie ein Ladeverfahren für eine Batterie, die mit einem, an ein Dreiphasenwechselstromnetz angeschlossenes Ladegerät geladen wird.The present invention relates to a charger for a three-phase alternating current network and a charging method for a battery that is charged with a charger connected to a three-phase alternating current network.

Aus CN 106183878 A ist eine Gleichstromladesäule bekannt, die an ein Dreiphasenwechselstromnetz angeschlossen ist. Das Ladegerät sieht vor, den Strom zu messen und einen nicht ausbalancierten Strom auszugleichen. Ferner ist bekannt geworden, eine Blindleistungskorrektur vorzunehmen.Out of CN 106183878A a direct current charging station is known which is connected to a three-phase alternating current network. The charger intends to measure the current and compensate for an unbalanced current. Furthermore, it has become known to carry out a reactive power correction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ladegerät und ein Ladeverfahren bereitzustellen, das in einfacher Weise eine Schieflastdetektion in einem Dreiphasenwechselstromnetz bereitstellt.The invention is based on the object of providing a charging device and a charging method which provide unbalanced load detection in a three-phase alternating current network in a simple manner.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Ladegerät mit den Merkmalen aus Anspruch 1 und ein Ladeverfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.According to the invention, the object is achieved by a charging device having the features of claim 1 and a charging method having the features of claim 9. Advantageous configurations form the subject matter of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Ladegerät ist für ein Dreiphasenwechselstromnetz mit einer Schieflastdetektion ausgestattet. Das Ladegerät ist insbesondere zum Laden von Batterien von Flurförderzeugen vorgesehen. Das Ladegerät ist für jede der drei Phasen mit einem Leistungsmodul ausgestattet, das die jeweils anliegende Phase gleichrichtet. Ferner ist mindestens ein Messmodul vorgesehen, das für jedes Leistungsmodul eine anliegende Netzspannung und einen entsprechenden Netzstrom misst. Die gemessenen Werte zur anliegenden Netzspannung und zu dem entsprechenden Netzstrom liegen an einer zentralen Steuerung des Ladegeräts an. Die zentrale Steuerung vergleicht die gemessenen Netzspannungen und Netzströme der einzelnen Phasen miteinander. Beim Vorliegen einer Schieflast werden ein oder mehrere Phasen priorisiert, um eine gleiche Belastung aller Phasen zu erzielen. Bei dem erfindungsgemäßen Ladegerät ist das Messmodul dafür verantwortlich, einen Lastwert für jede Phase zu ermitteln. Dieser wird aus Spannung und Strom der jeweiligen Phasen ermittelt. Das Priorisieren von einer oder mehreren Phasen kann beispielsweise aktiv durch eine Leistungsreduzierung oder eine Leistungssteigerung von einzelnen Leistungsmodulen aktiv eingestellt werden. Der besondere Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Ladegerät besteht darin, dass dies mit einer Schieflast umgehen kann, wenn diese bereits im Dreiphasenwechselstromnetz vorliegt. Das Ladegerät kommt auch gut mit einer Schieflast zurecht, die durch das Ladegerät hervorgerufen ist. Erreicht wird dies dadurch, dass das mindestens eine Messmodul für jedes Leistungsmodul einen Lastwert aus dem anliegenden Netzstrom und der anliegenden Netzspannung in der entsprechenden Phase bestimmt.The charging device according to the invention is equipped with an unbalanced load detection for a three-phase alternating current network. The charger is intended in particular for charging batteries in industrial trucks. The charger is equipped with a power module for each of the three phases, which rectifies the phase that is connected. Furthermore, at least one measuring module is provided, which measures an applied mains voltage and a corresponding mains current for each power module. The measured values for the mains voltage present and the corresponding mains current are available at a central controller of the charger. The central controller compares the measured mains voltages and mains currents of the individual phases. If there is an unbalanced load, one or more phases are prioritized in order to achieve an equal load on all phases. In the charger according to the invention, the measuring module is responsible for determining a load value for each phase. This is determined from the voltage and current of the respective phases. The prioritization of one or more phases can be actively set, for example, by reducing the power or increasing the power of individual power modules. The particular advantage of the charging device according to the invention is that it can deal with an unbalanced load if this is already present in the three-phase alternating current network. The charger also copes well with an unbalanced load caused by the charger. This is achieved in that the at least one measuring module determines a load value from the mains current present and the mains voltage present in the corresponding phase for each power module.

In einer Ausgestaltung ist genau ein Messmodul vorgesehen, das Strom- und Spannungswert für jede Phase misst. Je nach Ausgestaltung des Messmoduls können die Phasen zeitlich nacheinander gemessen werden. Es ist aber auch möglich, Strom und Spannung der drei Phasen gleichzeitig zu messen.In one embodiment, exactly one measuring module is provided, which measures the current and voltage values for each phase. Depending on the design of the measurement module, the phases can be measured one after the other. However, it is also possible to measure the current and voltage of the three phases simultaneously.

In einer alternativen Ausgestaltung ist jedes Leistungsmodul mit einem Messmodul ausgestattet. Das Messmodul kann kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitintervallen Strom und Spannung in der Phase seines Leistungsmoduls erfassen. Diese Erfassung von Strom und Leistung kann vor und nach dem Ladevorgang fortgesetzt werden.In an alternative embodiment, each power module is equipped with a measuring module. The measuring module can record current and voltage in the phase of its power module continuously or at predetermined time intervals. This collection of current and power can continue before and after charging.

In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist das mindestens eine Messmodul dazu ausgelegt, vor Beginn des Ladevorgangs eine Schieflast zu ermitteln. Auf diese Weise wird im Wesentlichen die netzseitige Schieflast erfasst und der Ladevorgang daran angepasst, um eine netzseitige Schieflast nicht an die zu ladende Batterie weiterzugeben. Dies erfolgt insbesondere im Falle einer großen Schieflast durch eine verlängerte Ladezeit bzw. reduzierte Ladeleistung.In a further preferred embodiment, the at least one measuring module is designed to determine an unbalanced load before the start of the charging process. In this way, the unbalanced load on the mains side is essentially recorded and the charging process is adapted accordingly so that an unbalanced load on the mains side is not passed on to the battery to be charged. This occurs particularly in the case of a large unbalanced load due to an extended charging time or reduced charging capacity.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Messmodul während des Ladevorgangs eine Schieflast ermittelt. Dies bedeutet, dass nicht nur eine netzseitige Schieflast, sondern auch eine im Ladegerät sich aufbauende Schieflast berücksichtigt werden kann.In a likewise preferred embodiment, it is provided that the at least one measuring module determines an unbalanced load during the charging process. This means that not only an unbalanced load on the mains side, but also an unbalanced load building up in the charger can be taken into account.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Messmodul bei einem Umschalten während des Ladevorgangs eine Schieflast ermittelt. Während des Ladevorgangs gibt es verschiedene Ladeabschnitte, die für ein schnelles und vollständiges Laden der Batterie sorgen. Zwischen diesen Ladeabschnitten wird umgeschaltet, wobei bevorzugt bei diesen Umschaltvorgängen eine Schieflast ermittelt wird. Dies besitzt den Vorteil, dass eine sich während des Ladevorgangs oder eines Abschnitts des Ladevorgangs aufgebaute Schieflast früh erkannt und für den nächsten Ladevorgang berücksichtigt werden kann.In a further preferred refinement, it is provided that the at least one measuring module determines an unbalanced load when switching over during the charging process. During the charging process, there are different charging stages that ensure the battery is charged quickly and fully. Switching takes place between these charging sections, with an unbalanced load preferably being determined during these switching processes. This has the advantage that an unbalanced load that has built up during the charging process or a section of the charging process can be recognized early and taken into account for the next charging process.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Ladegerät periodisch wiederkehrend eine Schieflast ermittelt. Hierbei ist zu unterscheiden, wieviel Zeit zwischen zwei Messvorgängen verstreicht. Durchaus möglich ist es, die Zeitspanne so zu wählen, dass eine gewisse Anzahl von Messvorgängen während eines durchschnittlichen Ladevorgangs erfolgt.In a likewise preferred embodiment, it is provided that the charging device determines an unbalanced load on a periodically recurring basis. A distinction must be made here as to how much time elapses between two measurement processes. It is entirely possible to select the time span in such a way that a certain number of measurement processes take place during an average charging process.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das mindestens eine Messmodul in dem Gehäuse des Ladegeräts angeordnet.In a preferred embodiment, the at least one measuring module is arranged in the housing of the charging device.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Ladeverfahren für eine Batterie mit den Merkmalen aus Anspruch 9 gelöst. Das erfindungsgemäße Ladeverfahren ist vorgesehen und bestimmt, um eine Batterie an einen Dreiphasenwechselstromnetz zu laden. Das Ladeverfahren besitzt die folgenden Schritte:

  • • Bestimmen einer Last für jede Phase,
  • • Berechnen einer Differenzlast zu einer oder beiden anderen Phasen und
  • • Reduzieren der Last an der Phase mit der größten Last um einen Betrag der kleiner oder gleich ihrer Differenzlast ist.
The object according to the invention is also achieved by a charging method for a battery having the features of claim 9. The charging method according to the invention is provided and intended for charging a battery on a three-phase alternating current network. The loading procedure has the following steps:
  • • determine a load for each phase,
  • • Calculate a differential load to one or both of the other phases and
  • • Reduce the load on the phase with the heaviest load by an amount less than or equal to its differential load.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt, die Schieflastdetektion unabhängig von der jeweiligen bei dem Ladeverfahren eingesetzten Ladekennlinie.In the method according to the invention, the unbalanced load is detected independently of the respective charging characteristic used in the charging method.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für jede Phase die Differenzlast bestimmt. Die Differenzlast kann dabei gegenüber einer anderen Phase oder gegenüber beiden anderen Phasen bestimmt werden. Auch ist es möglich, verschiedene Kombinationen und Gewichtungen für die Bestimmung der Differenzlast vorzusehen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für jede Phase eine Differenzlast bestimmt, wobei die Differenzlast sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann.In the method according to the invention, the differential load is determined for each phase. The differential load can be determined in relation to another phase or in relation to both other phases. It is also possible to provide different combinations and weightings for determining the differential load. In the method according to the invention, a differential load is determined for each phase, with the differential load being able to assume both positive and negative values.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist es nicht nur vorgesehen, die Last an der Phase mit der größten Last zu reduzieren, sondern es ist auch vorgesehen, die Phasen, deren Last nicht reduziert wird, mit einer zusätzlichen Last zu belasten, wobei der Betrag der zusätzlichen Last kleiner als die Differenzlast ist. In dieser Ausgestaltung wird die Schieflast also dadurch aufgehoben, dass die Phase mit der größten Differenzlast reduziert und die übrigen Phasen mit ihrer Last angehoben werden.In a preferred development, not only is it provided to reduce the load on the phase with the greatest load, but it is also provided to load the phases whose load is not reduced with an additional load, with the amount of the additional load is smaller than the differential load. In this embodiment, the unbalanced load is thus eliminated in that the phase with the greatest differential load is reduced and the other phases are increased with their load.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Ladeverfahrens kann vorgesehen sein, die Zeitdauer zu erfassen, in der eine der Phasen stärker als andere Phasen belastet ist. Bevorzugt wird die Zeitdauer für jede Phase aufakkummuliert, um eine dauerhafte Schiefbelastung der Phasen zu erkennen. Das Erkennen einer dauerhaften Schiefbelastung hat insofern einen Vorteil, als Fehler im Ladegerät oder Fehler im Dreiphasenwechselstromnetz zuverlässig erkannt werden können.In a preferred embodiment of the charging method, it can be provided that the period of time in which one of the phases is loaded more heavily than other phases can be recorded. The length of time for each phase is preferably accumulated in order to detect permanent unbalanced loading of the phases. The detection of a permanent unbalanced load has the advantage that faults in the charging device or faults in the three-phase AC network can be reliably detected.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Lasten für jede Phase während, vor und/oder nach dem Ladevorgang gemessen werden können.In a preferred development of the method according to the invention, it is provided that the loads for each phase can be measured during, before and/or after the charging process.

Um einen instabilen Zustand beim Ladevorgang zu vermeiden, ist vorgesehen, dass die Last an der Phase mit der größten Last nur dann reduziert wird, wenn die Differenz einen Einschaltwert überschreitet. Bevorzugt ist auch vorgesehen, dass die Last an der Phase mit der größten Last nicht länger reduziert wird, wenn die Differenzlast einen Ausschaltwert unterschreitet. Wenn Einschaltwert und Ausschaltwert sich geringfügig in ihren Werten unterscheiden, kann ein instabiler Wechsel der Schaltzustände vermieden werden.In order to avoid an unstable state during the charging process, it is provided that the load on the phase with the greatest load is reduced only if the difference exceeds a switch-on value. Provision is preferably also made for the load on the phase with the greatest load to no longer be reduced if the differential load falls below a switch-off value. If the switch-on value and switch-off value differ slightly in their values, an unstable change in the switching states can be avoided.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Ladegeräts sowie bevorzugte Abläufe des Ladeverfahrens werden in den nachfolgenden Beispielen näher beschrieben. Es zeigen:

  • 1 die schematische Ansicht eines Ladegeräts, dessen Messmodule den Leistungskomponenten für die einzelnen Phasen zugeordnet sind,
  • 2 ein Ladegerät mit einem zentralen Messmodul,
  • 3 ein schematisches Flussdiagramm für den Ablauf der Ladeverfahrens,
  • 4 ein Flussdiagramm für den Ablauf einer zweiten Variante des Ladeverfahrens,
  • 5 ein Flussdiagramm für eine dritte Variante des Ladeverfahrens und
  • 6 eine vierte Variante für das Ladeverfahren.
A preferred embodiment of the charging device and preferred sequences of the charging method are described in more detail in the following examples. Show it:
  • 1 the schematic view of a charger whose measuring modules are assigned to the power components for the individual phases,
  • 2 a charger with a central measuring module,
  • 3 a schematic flow chart for the loading procedure,
  • 4 a flowchart for a second variant of the charging process,
  • 5 a flowchart for a third variant of the charging method and
  • 6 a fourth variant for the charging process.

1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Ladegerät 10, das an ein Dreiphasenwechselstromnetz 12 angeschlossen ist, um eine Batterie 14 in einem Flurförderzeug zu laden. Der Ladevorgang erfolgt über Gleichstromleitungen 16, 18, die das Ladegerät 10 mit der Batterie 14 verbinden. Ladestrom und Ladespannung richten sich hierbei nach einem Ladeprogramm, das von einer zentralen Recheneinheit 20 des Ladegeräts 10 bereitgestellt wird. Je nach Ladezustand der Batterie und weiteren Faktoren kann das Ladeprogramm unterschiedlich ausgelegt werden. 1 shows a schematic view of a charging device 10 which is connected to a three-phase alternating current network 12 in order to charge a battery 14 in an industrial truck. The charging process takes place via direct current lines 16, 18 which connect the charging device 10 to the battery 14. The charging current and charging voltage are based on a charging program that is provided by a central processing unit 20 of the charging device 10 . Depending on the state of charge of the battery and other factors, the charging program can be designed differently.

Das Ladegerät 10 weist ferner für jede Phase eine Leistungskomponente 22, 24, 26 auf. Jede der Leistungskomponente 22, 24, 26 ist mit einer Phase des Dreiphasenwechselstromnetzes 12 verbunden. Die Verbindungsleitungen zu den einzelnen Phasen 28, 30, 32 sind in 1 separat und qualitativ dargestellt. Möglich ist es, dass das Ladegerät über einen einzigen elektrischen Steckverbinder mit dem Versorgungsnetz 12 verbunden wird.The charger 10 also has a power component 22, 24, 26 for each phase. Each of the power components 22, 24, 26 is connected to one phase of the three-phase AC network 12. The connecting lines to the individual phases 28, 30, 32 are in 1 presented separately and qualitatively. It is possible for the charging device to be connected to the supply network 12 via a single electrical plug connector.

Die Leistungskomponenten 22, 24, 26 besitzen jeweils ein Messmodul 34, 36, 38 an dem auch die Phase der zugehörigen Leistungskomponente anliegt. Das Messmodul bestimmt jeweils aktuell die Netzspannung und den Netzstrom, um daraus die über die entsprechende Leistungskomponente laufende Last zu bestimmen. Über einen bidirektionalen Bus 40 sind die Leistungskomponenten 22, 24, 26 mit einer zentralen Recheneinheit 20 verbunden. Die zentrale Recheneinheit steuert einerseits die Leistungskomponenten 22, 24, 26 zur Abgabe der entsprechenden Ladespannung und des entsprechenden Ladestroms, die über die Leitungen 16, 18 an der Batterie 14 anliegen. Andererseits liegt über den bidirektionalen Bus 40 der bestimmte Lastwerte der einzelnen Phasen an der zentralen Rechnereinheit 20 an. So kann die zentrale Recheneinheit 20 eine Schieflast feststellen und die Leistungskomponenten 22, 24, 26 entsprechend ansteuern.The power components 22, 24, 26 each have a measuring module 34, 36, 38 to which the phase of the associated power component is also applied. The measuring module currently determines the mains voltage and the mains current in order to determine the load running on the corresponding power component. The power components 22 , 24 , 26 are connected to a central processing unit 20 via a bidirectional bus 40 . On the one hand, the central processing unit controls the power components 22, 24, 26 for delivering the corresponding charging voltage and the corresponding charging current, which are applied to the battery 14 via the lines 16, 18. On the other hand, the load values determined for the individual phases are present at the central processing unit 20 via the bidirectional bus 40 . The central processing unit 20 can thus determine an unbalanced load and control the power components 22, 24, 26 accordingly.

2 zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der ein zentrales Messmodul 42 vorgesehen ist. Die Leistungskomponente 22', 24` und 26' sind bei dieser Ausgestaltung ohne Messmodul ausgestattet. Das zentrale Messmodul 42 misst innerhalb des Ladegeräts 10 an den jeweiligen Phasen, um deren Last zu erfassen. Grundsätzlich ist es auch möglich, ein zentrales Messmodul mit einer eigenen elektrischen Steckverbindung an das Versorgungsnetz 12 anzuschließen. Das zentrale Messmodul 42 kann alle Phasen gleichzeitig oder nacheinander messen und an die zentrale Recheneinheit 20 zur Erkennung der Last auf den einzelnen Phasen und einer Schieflast weiterleiten. In 2 ist das zentrale Messmodul 42 als Bestandteil des Ladegeräts 10 dargestellt. Das zentrale Messmodul 42 kann auch außerhalb des Ladegeräts angeordnet sein und eine Verbindung zu der zentralen Recheneinheit 20 aufweisen, um so die gemessenen Phasen anzulegen. 2 shows an alternative embodiment in which a central measuring module 42 is provided. In this configuration, the power components 22', 24' and 26' are equipped without a measuring module. The central measuring module 42 measures within the charger 10 on the respective phases in order to detect their load. In principle, it is also possible to connect a central measuring module to the supply network 12 with its own electrical plug connection. The central measuring module 42 can measure all phases simultaneously or one after the other and forward this to the central processing unit 20 for detecting the load on the individual phases and an unbalanced load. In 2 the central measuring module 42 is shown as part of the charging device 10 . The central measurement module 42 can also be arranged outside the charger and have a connection to the central processing unit 20 in order to apply the measured phases.

3 zeigt in einem schematisch dargestellten Flussdiagramm den Beginn eines Ladeverfahrens mit Schritt 44. In Schritt 46 wird überprüft, ob das Ladegerät aktiv ladend ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 48 die Phasenbelastung der drei Phasen bestimmt. Ist das Gerät nicht aktiv geladen, so verbleibt es in seinem Zustand und es erfolgt kein Ladevorgang. In der Abfrage 50 wird abgefragt, welche Phase die größte Last besitzt. Hierfür wird für jede Phase der aktuelle Lastwert berechnet und mit den beiden anderen Phasen verglichen. Wird beim Vergleichen der Phasen in Schritt 50 festgestellt, dass diese gleich belastet sind, wird das Verfahren in Schritt 62 fortgesetzt, um in Schritt 60 in einen Wartezustand zu gehen. Der Wartezustand kann einige Sekunden bis Minuten dauern und soll verhindern, dass Schwingungszustände in dem Ladegerät auftreten. Zusätzlich oder alternativ zu dem Wartezustand in Schritt 60 kann auch eine Hysterese durch unterschiedlich gewählte Vergleichswerte vorgesehen sein. 3 FIG. 12 shows the beginning of a charging method with step 44 in a schematic flow chart. In step 46 it is checked whether the charging device is actively charging. If this is the case, then in step 48 the phase loading of the three phases is determined. If the device is not actively charged, it remains in its current state and no charging process takes place. In query 50 it is queried which phase has the greatest load. For this purpose, the current load value is calculated for each phase and compared with the other two phases. If it is found when comparing the phases in step 50 that they are equally loaded, the method continues in step 62 in order to go into a waiting state in step 60 . The wait state can last from a few seconds to minutes and is intended to prevent oscillatory states from occurring in the charger. In addition or as an alternative to the wait state in step 60, a hysteresis can also be provided by means of differently selected comparison values.

Wird bei der Abfrage 50 festgestellt, dass eine Phase eine höhere Last besitzt als die beiden anderen Phasen, wird mit Schritt 52 das Reduzieren der Last für diese Phase eingeleitet. Für das Reduzieren der Last wird in Schritt 54 die eine Lastdifferenz berechnet. Die Lastdifferenz kann auf sehr unterschiedliche Art und Weise berechnet werden. Beispielsweise kann als Lastdifferenz die Differenz zwischen der größten und der kleinsten Last angesetzt werden. Auch ist es möglich, die größte Last mit einem Mittelwert der beiden anderen Lasten zu vergleichen. Ist die Lastdifferenzierung ermittelt, so wird in Schritt 56 die Last reduziert. In Schritt 58 wird eine weitere Last auf die Phasen mit geringerer Last verteilt. Beide Schritte gemeinsam, also sowohl die Leistungsreduzierung als auch die Verteilung auf die anderen Lasten, bewirken eine Vergleichmäßigung der Last in den Phasen des Ladegeräts. Grundsätzlich ist es auch möglich, nur die Last auf der am stärksten belasteten Phase zu reduzieren, ohne die Last auf die anderen Phasen zu erhöhen. Nachdem die Lastverteilung in den Schritten 56 und 58 geändert wurde, verbleibt das Verfahren für eine vorbestimmte Zeitspanne in Schritt 60, um entsprechend abzuwarten. Ist die vorbestimmte Zeitspanne in 60 verstrichen, beginnt das Verfahren erneut mit der Abfrage 46, ob das Gerät noch aktiv ladend ist.If query 50 determines that one phase has a higher load than the other two phases, step 52 initiates the reduction of the load for this phase. In step 54, the one load difference is calculated for reducing the load. The load difference can be calculated in many different ways. For example, the difference between the largest and the smallest load can be used as the load difference. It is also possible to compare the largest load with an average of the other two loads. If the load differentiation is determined, then in step 56 the load is reduced. In step 58, another load is distributed to the lighter loaded phases. Both steps together, i.e. both the power reduction and the distribution to the other loads, result in an equalization of the load in the phases of the charger. In principle, it is also possible to only reduce the load on the most heavily loaded phase without increasing the load on the other phases. After the load distribution has been changed in steps 56 and 58, the method remains in step 60 for a predetermined period of time to wait accordingly. If the predetermined period of time has elapsed in 60, the method begins again with query 46 as to whether the device is still actively charging.

4 beschreibt einen alternativen Ladevorgang, bei dem zu Beginn des Ladevorgangs die Phasenlast vergleichmäßigt wird. Nach dem Start des Ladevorgangs 62 werden in Verfahrensschritt 64 die Phasenbelastungen bestimmt. Ausgehend von den bestimmten Phasenbelastungen wird in Schritt 66 die Lastdifferenz berechnet und in Schritt 68 erfolgt eine Bewertung der Phasen. Die Bewertung der Phasen 68 kann beispielsweise vorsehen, dass mithilfe von Schwellwertvergleichen entschieden wird, ob eine Phase mehr oder weniger zu belasten ist. Beispielsweise kann eine Mindestlastdifferenz definiert sein, bei deren Überschreiten eine Lastreduzierung ausgelöst wird. Ebenfalls kann ein Ausschaltwert für die Lastdifferenz vorgesehen sein, bei dessen Unterschreiten eine Lastreduzierung ausgeschaltet wird. In Verfahrensschritt 70 wird dann die Last gleichmäßig auf die Phasen verteilt. Dies kann wieder geschehen, indem die Phase mit der größten Last ihre Last reduziert und/oder die anderen Phasen ihre Lasten anheben. Nachdem dieser Schritt abgeschlossen ist, wartet das Verfahren ein Ende des Ladevorgangs 72 ab. Das Verfahren führt also nur zu Beginn des Ladevorgangs einmalig eine Gleichverteilung der Lasten durch und wartet dann ab, bis der Ladevorgang, für den der Lastenausgleich ausgeführt wurde, abgeschlossen ist. 4 describes an alternative charging process in which the phase load is equalized at the beginning of the charging process. After the start of the charging process 62, the phase loads are determined in method step 64. Based on the determined phase loads, the load difference is calculated in step 66 and in step 68 the phases are evaluated. The evaluation of the phases 68 can provide, for example, that a decision is made with the aid of threshold value comparisons as to whether a phase is to be loaded more or less. For example, a minimum load difference can be defined which, if exceeded, triggers a load reduction. A switch-off value for the load difference can also be provided, below which a load reduction is switched off. In method step 70, the load is then evenly distributed over the phases. Again, this can be done by the phase with the heaviest load reducing its load and/or the other phases increasing their loads. After this step is complete, the method waits for the loading process 72 to end. The method therefore only carries out an equal distribution of the loads once at the beginning of the charging process and then waits until the charging process for which the load balancing was carried out has been completed.

5 zeigt ein weiteres Ladeverfahren, das nach einem Startschritt 74 in Schritt 76 abfragt, ob der Ladevorgang gestartet wurde. In Schritt 78 erfolgt das Bestimmen der Phasenbelastung für alle drei Phasen. In Schritt 80 erfolgt, wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen, ein Berechnen der Lastdifferenz 80, ein Reduzieren der Last auf die Phase mit der größten Belastung 82 sowie eine Gleichverteilung der Last auf alle Phasen 84. Nach der Gleichverteilung der Last wartet das Verfahren in Schritt 86 für eine vorbestimmte Zeit ab, um nachfolgend in Schritt 76 mit der Gleichverteilung fort zu fahren. Das Verfahren in 5 unterscheidet sich von dem Verfahren in 4 dadurch, dass während des Ladevorgangs fortlaufend in die Lastverteilung eingegriffen wird. Im Unterschied zu dem Verfahren aus 3 fehlt bei dem Verfahren aus 5 der Schritt 62, bei dem nicht in die Lastverteilung eingegriffen wird, weil alle Phasen annähernd gleich belastet sind. 5 shows a further loading method which, after a start step 74, queries in step 76 whether the loading process has been started. In step 78, the phase loading is determined for all three phases. In step 80, as in the previous exemplary embodiments, the load difference 80 is calculated, the load is reduced to the phase with the greatest load 82 and the load is evenly distributed over all phases 84. After the load has been evenly distributed, the method waits in step 86 for a predetermined time in order to subsequently continue in step 76 with the uniform distribution. The procedure in 5 differs from the procedure in 4 by continuously intervening in the load distribution during the charging process. In contrast to the procedure from 3 absent from the procedure 5 the step 62, in which there is no intervention in the load distribution, because all phases are loaded approximately equally.

6 bietet ein besonderes Merkmal im Hinblick auf eine Schieflastdetektion. Bei dem Verfahren wird der Ladevorgang in Schritt 88 gestartet. In Verfahrensschritt 90 wird überprüft, ob das Ladegerät aktiv ist, um in diesem Fall die Phasenbelastung in Schritt 92 zu bestimmen. In Schritt 94 wird überprüft, welche Phase am meisten belastet ist. Ist eine Phase mehr belastet als die anderen Phasen, so wird in Schritt 96 die Phase mit der höchsten Last reduziert. Diese Lastreduktion erfolgt durch die nachfolgenden Schritte 100, 102 und Schritt 104. In Schritt 100 wird die Lastdifferenz berechnet. In Schritt 102 wird die am meisten belastete Phase um einen Betrag kleiner oder gleich der Lastdifferenz reduziert. Schritt 104 kann optional die weiteren Lasten auf die Phasen gleich verteilt werden. Schritt 98 wird durchlaufen, wenn die Phasen gleich belastet sind. Eine gleiche Last an den Phasen wird für Schritt 98 erkannt, wenn die Lastdifferenz innerhalb eines vorbestimmten Intervalls liegt. Auch kann eine Art Hysterese bei der Abfrage 94 vorgesehen sein, die dafür sorgt, dass das Ladegerät nicht zwischen den Zuständen 96 und 98 hin und her springt, beispielsweise indem bei einem Zyklus eine Gleichverteilung der Last ausgelöst und im nächsten Zyklus diese wieder eingestellt wird. Erreicht werden kann eine solche Hysterese, indem der Grenzwert bei der Abfrage, ob eine Last stärker belastet ist als die anderen Lasten, einen anderen Wert besitzt als der Schwellwert für den Schritt 98, wonach die Lasten gleich verteilt sind. 6 offers a special feature with regard to unbalanced load detection. In the method, the loading process is started in step 88 . In method step 90 it is checked whether the charging device is active in order to determine the phase load in step 92 in this case. In step 94 it is checked which phase is most heavily loaded. If one phase is more heavily loaded than the other phases, then in step 96 the phase with the highest load is reduced. This load reduction takes place through the subsequent steps 100, 102 and step 104. In step 100, the load difference is calculated. In step 102, the most loaded phase is reduced by an amount less than or equal to the load difference. In step 104, the further loads can optionally be distributed equally to the phases. Step 98 is passed when the phases are equally loaded. Equal load on the phases is recognized for step 98 if the load difference is within a predetermined interval. A type of hysteresis can also be provided for query 94, which ensures that the charger does not jump back and forth between states 96 and 98, for example by triggering an even distribution of the load in one cycle and setting it again in the next cycle. Such a hysteresis can be achieved by setting the limit value for the query as to whether a load is more heavily loaded than the other loads and having a different value than the threshold value for step 98, after which the loads are equally distributed.

In Schritt 106 wird überprüft, ob für die Phase mit der höchsten Belastung dieser Zustand schon einmal vorgelegen hat. In diesem Fall wird in Schritt 108 ein Zähler hochgezählt, so dass der Zähler akkumuliert einen Wert enthält, der angibt, wie lange diese Phase stärker belastet war als die anderen Phasen. In Schritt 110 wird wieder für eine vorbestimmte Zeitdauer abgewartet, um dann in Schritt 90 zurückzukehren und den nächsten Zyklus des Ladeverfahrens zu durchlaufen.In step 106 it is checked whether this state has already existed for the phase with the highest load. In this case, a counter is incremented in step 108, so that the accumulated counter contains a value that indicates how long this phase was more heavily loaded than the other phases. In step 110 there is again a wait for a predetermined period of time in order to then return to step 90 and run through the next cycle of the charging process.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • CN 106183878 A [0002]CN 106183878A [0002]

Claims (5)

Ladegerät für ein Dreiphasenwechselstromnetz mit einer Schieflastdetektion, insbesondere in einem Lagerlogistiksystem mit mindestens einem Flurförderzeug, das für jede Phase ein Leistungsmodul aufweist, das die jeweils anliegende Phase gleichrichtet, wobei mindestens ein Messmodul vorgesehen ist, das für jedes Leistungsmodul eine anliegende Netzspannung und einen Netzstrom misst und diese Werte an eine zentrale Steuerung des Ladegeräts weiterleitet, die gemessenen Netzspannungen und die Netzströme der Phasen miteinander vergleicht und bei Vorliegen einer Netzschieflast eine oder mehrere Phasen priorisiert, um eine gleiche Belastung der Phasen zu erzielen.Charger for a three-phase alternating current network with an unbalanced load detection, in particular in a warehouse logistics system with at least one industrial truck, which has a power module for each phase, which rectifies the phase that is present in each case, with at least one measuring module being provided that measures a mains voltage and a mains current present for each power module and forwards these values to a central controller of the charger, which compares the measured mains voltages and the mains currents of the phases with one another and, if there is an unbalanced mains load, prioritizes one or more phases in order to achieve an equal load on the phases. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Messmodul vorliegt, das drei Phasen misst.charger after claim 1 , characterized in that there is exactly one measuring module that measures three phases. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Leistungsmodul ein Messmodul aufweist, das die jeweilige Phase misst.charger after claim 1 , characterized in that each power module has a measuring module that measures the respective phase. Ladegerät nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messmodul vor einem Beginn des Ladevorgangs eine Schieflast ermittelt.charger after one of claim 1 until 3 , characterized in that the at least one measuring module determines an unbalanced load before the start of the charging process. Ladegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messmodul während des Ladevorgangs eine Schieflast ermittelt.charger after one of Claims 1 until 4 , characterized in that the at least one measuring module determines an unbalanced load during the charging process.
DE102021116871.6A 2021-06-30 2021-06-30 Charger for a three-phase alternating current network and charging method for a battery Pending DE102021116871A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021116871.6A DE102021116871A1 (en) 2021-06-30 2021-06-30 Charger for a three-phase alternating current network and charging method for a battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021116871.6A DE102021116871A1 (en) 2021-06-30 2021-06-30 Charger for a three-phase alternating current network and charging method for a battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021116871A1 true DE102021116871A1 (en) 2023-01-05

Family

ID=84492783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021116871.6A Pending DE102021116871A1 (en) 2021-06-30 2021-06-30 Charger for a three-phase alternating current network and charging method for a battery

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021116871A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012128626A2 (en) 2011-03-22 2012-09-27 Abb B.V. System for charging the battery of at least one electric vehicle, charger and method
CN106183878A (en) 2016-08-31 2016-12-07 苏州迈力电器有限公司 A kind of alternating-current charging pile improving three-phase load active power
DE102017203852A1 (en) 2017-03-08 2018-09-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for unbalanced load limiting and unbalanced load limiting unit
DE102019121387A1 (en) 2019-08-07 2021-02-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft PROCEDURE AND UNIT FOR REDUCING A POWER REFERENCE DIFFERENCE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012128626A2 (en) 2011-03-22 2012-09-27 Abb B.V. System for charging the battery of at least one electric vehicle, charger and method
CN106183878A (en) 2016-08-31 2016-12-07 苏州迈力电器有限公司 A kind of alternating-current charging pile improving three-phase load active power
DE102017203852A1 (en) 2017-03-08 2018-09-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for unbalanced load limiting and unbalanced load limiting unit
DE102019121387A1 (en) 2019-08-07 2021-02-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft PROCEDURE AND UNIT FOR REDUCING A POWER REFERENCE DIFFERENCE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007036146B4 (en) State of charge adjustment device
DE10254226B4 (en) Battery pack used as a power supply for a portable device
DE102018221621A1 (en) Ground fault detection device
DE102018217003A1 (en) Device for detecting a ground fault
DE102008041103A1 (en) Charge state determination for an electrical storage
DE102011109465B4 (en) CURRENT CONTROL ALGORITHM FOR FAST CHARGING A BATTERY
DE112012007192T5 (en) Electricity storage system
DE102015217515A1 (en) Motor drive device and motor drive method for an EPS system
DE69418570T2 (en) Method for voltage equalization of series-connected traction batteries for electric vehicles during recharging and device for carrying out this method
EP3118639B1 (en) Method and device for monitoring a state of at least one predetermined battery cell of a battery
DE102013108198B4 (en) Method for performing cell balancing of a battery system based on capacity values
DE112012006235B4 (en) vehicle
DE102018212545A1 (en) Method for monitoring a state of a battery, monitoring device and motor vehicle
DE102018203824A1 (en) Method for operating an electrical energy store, control for an electrical energy store and device and / or vehicle
DE102013211567A1 (en) Method for checking the functionality of a DC link
DE102021206199A1 (en) Battery control unit and battery system
DE112019001213T5 (en) Cell balance control device and cell balance control system
DE102014221388B4 (en) SOC Berechungsvorrichtung
DE102016213837A1 (en) Secondary cell state detector
EP2598365B1 (en) Method and apparatus for activation of at least one energy management function in a vehicle
DE102015016980A1 (en) Battery for a vehicle electrical system of a motor vehicle and method for operating a battery
DE102016207378A1 (en) Method and device for determining a capacitance of a DC link capacitor
DE102017201622A1 (en) Method for operating an energy storage system and energy storage system
DE102020126548A1 (en) Switching power supply, vehicle and control method
DE102021116871A1 (en) Charger for a three-phase alternating current network and charging method for a battery

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified