测量转换器的制作方法

本发明涉及一种用于电动汽车充电站的测量转换器以及一种用于运行测量转换器的方法。

背景技术：

用于电动汽车的充电站的不断扩充导致对使用的测量技术的新的需求。尤其需要克服针对相关的电能的正确计算的技术挑战。除了借助交流电流为电动汽车充电以外，借助直流电流的充电也广泛传播。但是，在借助直流电流充电时引起以下问题，对相关电能的计算所需的测量技术不如交流电流测量技术那样广泛地存在。尤其校准规范允许的、作为消耗量计的能量计通常为交流计。其在家庭中和类似环境中也作为能量计广泛传播并因此能够大量地低价提供。在直流电流测量技术中却不同，其中，由于件数低，相应的测量仪器的成本明显更高。

技术实现要素：

由此原因，本发明的目的在于，提供一种可靠的、能够大量提供的、用于直流充电站的测量技术。

根据本发明，此目的由此实现，在交流测量电路中借助交流测量技术测量通过直流充电电路提供的电功率以用于计算目的。为此，测量转换器首先包含能够连接到直流充电电路上的、用于获取至少一个直流测量变量的测量装置。在此情况下，直流充电电路可理解为一种充电电路，电动汽车的能量储存器能够连接到此充电电路上。充电站通过此直流充电电路将电能输出给电动汽车。为了稳定电网，也可通过充电站进行汽车到网络中的反馈。因此，下文的说明基于两种可能性，其中，在此仅发生电流方向的正负向改变。

通过直流充电电路，由电动汽车的充电调节器获取具有特定电流强度的直流电压。电动汽车因此获得等于电流、电压和时间的乘积的电能。可能的直流测量变量可尤其为在直流充电电路中的直流电压和电流强度。

现在，为了能够计算通过直流充电电路输出给电动汽车的电能，必须将其在适合的能量计中测量。但是，用于直流电路的能量计仅能够少量提供并且通常不符合校准规范。但是，在使用商业的充电站时，也需要十分符合校准规范地进行对提供的电能的计算。使用的测量仪器必须满足所有校准技术规范的要求。

为了满足这些要求，发明人认识到，能够在交流测量电路中测量在直流充电电路中提供的电能，其中，尤其在交流测量电路中消耗比在直流充电电路中提供的电能小数倍的电能，而换算系数是恒定的。

为此，发明人提出一种用于将直流测量变量转换为交流操纵变量的转换器。借助此转换器能够将在直流充电电路中测得的直流测量变量换算为控制变量，借助此控制变量运行交流测量电路。

根据本发明，由转换器输出的交流操纵变量用于运行调节装置，其根据交流操纵变量调节在交流测量电路内的交流变量。

通过直流测量变量相对于交流操纵变量合适的比例，能够将在交流测量电路中测得的交流变量、尤其有效功率以恒定的系数设置得小于通过直流充电电路提供给电动汽车的有效功率。1000或5000的换算系数均可考虑。相应的交流测量仪器是现有的，其执行相应的放大，并将测得的交流测量电路中的有效电功率乘以已知的系数后作为测得的电功率、在考虑时间的条件下相应地作为电能给出。

首先，需要将直流测量变量转换为交流操纵变量。为此，提出一种转换器，其至少根据直流测量变量调节交流操纵变量。转换器通常具有恒定的换算系数，例如对应于交流测量仪器的换算系数。根据在交流测量仪器中进行换算的方式，能够根据直流测量变量进行交流操纵变量的调节。

根据一个实施例提出，如此设置转换器，使得交流操纵变量的大小以至少为十的系数小于直流测量变量的大小。但是，优选系数大于100，例如为1000或者甚至5000。相应的交流测量仪器是现有可用的，其在乘以相应的系数后输出测得的交流变量。因此，在交流测量仪器处测量值的输出对应于直流测量变量，尽管从直流测量变量到交流操纵变量首先进行了缩小。这在交流测量仪器中获得了相应的补偿。

根据一个实施例提出，直流测量变量包含至少一个直流电压和/或直流电流。直流测量变量尤其与直流充电电路中的直流电压和/或直流电流相关。直流测量变量可由在直流充电电路内测得的直流电压和/或直流电流推导出。

尤其建议，直流测量变量为电功率。电功率通常由直流充电电路内的电压和电流确定。如果以短的间隔获取直流测量变量，那么，交流操纵变量则能够以相应的同样小的间隔随之得到。在此，交流操纵变量优选为电功率，尤其为有效电功率。在交流测量电路中优选仅消耗有效电功率。这可通过尽可能使交流测量电路中的寄生的电容或电感负载最小化并在交流测量电路中仅设置一个欧姆电阻实现。根据本发明，直流充电电路中的电功率优选比有效电功率小一个系数。此系数优选为10、100、1000、5000或类似数值。

在交流测量电路中设置交流能量计，其测量在交流测量电路中消耗的电能。此种能量计优选为法拉利电表(Ferraris-)或智能电表。此种智能电表优选能够远程读取，从而能够由远处通过结算中心读取在交流测量电路中测得的电能。

直流测量变量、尤其直流充电电路内的直流电流通过欧姆电阻、尤其测量电阻获取。此测量电阻受到温度波动影响，从而通过压降，在测量电阻上获得的电流强度与温度相关。为了在交流测量电路中能够执行温度补偿，除了直流测量变量以外，根据一个实施例还优选获取直流充电电路中的温度。温度优选通过温度传感器获取。温度传感器布置在直流充电电路上。尤其温度传感器直接布置在直流充电电路内的测量电阻上，并因此直接地获取测量电阻的温度。交流操纵变量则额外地根据测得的温度传感器的温度确定。

尤其可以温度补偿地提供基于压降通过测量电阻获得的直流充电电路的电流强度。由此实现了，不受温度影响地确定直流充电电路内的直流电流以及直流电压，从而由此能够不受温度影响地实施对交流操纵变量的确定。

因为在交流电路中也可能出现交流电压的波动，尤其由于电网波动，这可能导致在调节测量电路内的电阻时，由于变化的电网电压而使得由测量仪器测得的有效功率变化，并尤其不再比直流充电电路中的电功率小所设定的固定倍数。

为了实现交流测量电路中的有效功率与直流充电电路中的电功率的同步，可以在交流测量电路中进行交流电压以及交流电流的测量。此外，在此测量中，也可以确定交流电流与交流电压之间的相位角。由此推导出的关于交流测量电路中的有效功率的信息能够反馈给转换器并在那作为对直流测量变量的参考变量的反馈而用于对交流操纵变量的调节。在交流测量电路中测得的交流变量能够共同地或者彼此独立地反馈给转换器，从而如此实现对交流操纵变量的控制。

测得的直流测量变量，尤其直流电压和直流电流能够在缩放设备中首先进行缩放，从而例如输送到模拟-数字转换器。模拟-数字转换器通常具有有限的分辨率。为了避免由于不精确的数字转换引起的错误，建议首先通过运算放大器进行对直流测量变量的缩放，从而降低其数值浮动性，尤其测量值的振幅。

为了在交流测量电路中实现对交流功率尽可能精确的测量，建议在交流测量电路中设置恒流电源。恒流电源根据交流操纵变量调整。通过恒流电源，恒定的交流电流在交流测量电路中流动，其与交流电压一同在测量仪器中测得并因此测得有效功率或者在考虑时间的条件下的有效能量。

恒流电源优选为可调节的电阻或者具有此种可调节的电阻。借助可调节的电阻实现了对交流测量电路中的电流的调整。

例如，交流测量电路可以在电网端连接到230V的电网上。通过对电阻适当的调整，交流测量电路中的电流可例如为200毫安。因此，在相位相同的情况下，得出交流测量电路中的有效功率为46W。此有效功率通过交流测量仪器测得并给出有效能量。

在可在转换器中调整得到的系数为1000时，46W的有效功率可对应于46KW的直流充电电路中的直流功率。也就是说，在以46KW为电动汽车充电时，在交流测量电路中仅相应地消耗46W的“测量功率”。更高的系数导致交流测量电路中的“测量功率”的更低的消耗，这提高了测量转换器的经济性。

根据一个实施例提出，转换器调整交流操纵变量，使得直流充电电路中的有效电功率比交流电路中的有效电功率小某个恒定的系数。如前所述，此系数优选大于等于100，尤其为1000或5000。此系数可尤其与交流测量电路中的能量计的类型相关。如果使用系数为5000的能量计，则转换器的系数可相应地也设置为5000。

为了使测量电路中的电功率保持得尽可能低，建议交流测量电路为单相的交流电路。

另一方面为一种用于运行测量转换器、尤其根据前述权利要求中任一项所述的测量转换器的方法，其中，在直流充电电路中测量至少一个直流测量变量，由此直流测量变量确定交流操纵变量，并根据交流操纵变量以交流变量运行交流测量电路。

如果交流测量电路具有电网接口并且以网络电压运行，此方法能够尤其简单地进行。此电网电压尤其与相应的电网运营商和/或运营国家相关并且在此可例如为230V或110V交流电。

直流测量变量优选以短暂的时间间隔获取，从而能够尽可能时间精确地反映获取的瞬时电功率。只有这样，测得的电能才也尽可能精确地反映提供的电能。由此建议，此时间间隔小于一秒，优选小于100ms，尤其为10ms。

附图说明

下面根据示出了实施例的附图进一步阐述本发明。附图中示出了：

图1示出了直流充电电路；

图2示出了转换器；

图3示出了交流测量电路。

具体实施方式

图1示出了直流充电电路2。通过整流器(未示出)在其接口4a，4b处为直流充电电路2供应直流电压。直流充电电路通常设计用于功率大于10kW，优选大于40kW，尤其大于70kW的电功率。

通过充电触点6a，6b可将电动汽车8连接到直流充电电路2上。直流充电电路2通常安装在充电站中，充电站能够通过相应的插接触点与电动汽车8相连。出于清晰性考虑，仅示出了直流充电电路2的对根据本发明的测量转换器关键的测量装置。电动汽车8的直流充电当然还需要其他技术装置，但是出于清晰性考虑，在此未示出。

在直流充电电路2中设置有测量电阻10。测量电阻10通常为在尽可能大的温度区间内具有恒定的电流/电压表现的测量分流器。此测量分流器可例如由锰镍铜合金构造。

借助电压计12通过测量电阻10测量下降的电压。在已知温度以及测量电阻10的电流电压特性曲线的情况下，由此电压值能够推导出直流充电电路中的电流强度。

首先，给出由在电压计12处测得的电压推导出的直流电流测量值20。

通过电压计14测量在充电触点6a，6b之间的直流电压，并且测得的直流电压作为直流电压测量值22输出。

此外，还设置温度传感器16，其优选直接布置在测量电阻10上并因此优选测量测量电阻10的温度。温度传感器16输出温度测量值24。

在直流充电电路2中测得的测量值20,22,24接着首先如图2中所示地输送到缩放设备30。在缩放设备30中，尤其将直流电流测量值20以及直流电压测量值22进行缩放，从而保证测量值尤其在数值方面低的振幅。缩放可对一个、多个或所有测量值20,22,24进行。

此外，还为缩放设备输入如下所述地获取的功率测量值26。

所有测量值20,22,24,26接着输送给模拟-数字转换器32并将在此数字化的测量值接着输送给转换器34。在此转换器中，根据温度测量值24和反馈的功率测量值26将直流电流测量值20,22转换为交流操纵值28。

首先，使用直流电压测量值和直流电流测量值20,24以确定在直流充电电路内的电功率。接着或在此之前，可以使用温度测量值24以由直流电流测量值计算出温度漂移。如果测量电阻10不在整个温度区间内具有恒定的电流/电压特性曲线，那么则可以考虑由于温度测量值24造成的温度漂移，并这样由通过电阻10测得的电压确定实际流过直流充电电路2的直流电流。那么，则可以在排除温度影响的情况下确定在直流充电电路2中的直流电流功率。

可以根据一个系数、例如1000，来确定交流操纵变量。系数可例如应用于直流功率。如果例如直流功率为1kW，那么，在系数为1000的情况下，交流操纵变量则为1W。优选进行直流测量变量到交流操纵变量的线性换算。

交流操纵变量28在转换器34处输出并例如用于在已知交流电压的条件下执行到交流电流的换算。

如图3中所示，将交流操纵变量28输送给恒流电源36。恒流电源36通常具有可调节的电阻。通过此电阻能够通过恒流电源36调节电流。在恒流电源36内调节的电阻由交流测量电路38内的电压以及交流操纵变量决定。如果例如在直流充电电路2中的电功率为23kW，那么，在系数为1000的情况下，在转换器34内得到23W的交流电流功率。在交流电压为230V AC的情况下，由此在功率系数cos phi为1的情况下得到0.1安培的交流电流值。此电流强度导致将恒流电源36内的电阻调节至2.3kΩ。需要提及的是，这仅为纯示例性的，根据系数和其他边缘条件，恒流电源36也可能以其他数值运行。

交流测量电路38通过电网接口40与供电网络相连。供电网络尤其提供交流230V的供应电压。交流测量电路38尤其为单相的测量电路，并且除了恒流电源36以外还具有能量计42。能量计42尤其获取在交流测量电路38中消耗的有效电功率或者有效电能。在上述示例中，这例如为23W的功率。当其在一个小时内保持恒定时，也就是说，当汽车例如以23kW恒定地充电一小时，并因此获得23kWh的电能的情况下，能量计42测得23Wh。但是，当能量计42具有相应的1000的换算系数时，输出的测量值则将为23kWh。

为了控制与直流充电电路2中的电功率相关的、在交流测量电路38中消耗的有效功率，测量在交流充电电路内的电流和电压。交流测量电路内的电流优选通过测量通过恒流电源36的压降的电压计44获取。交流电压通过电压计46测量。此外，还可以获取电流和电压之间的相位角。由此推导出的测量值输送给分析电路48并根据测得的值确定在交流测量电路38内消耗的有效功率。此有效功率可作为功率测量值26解耦并如图2所示输送给缩放设备30。

最后，有效功率26输送给转换器34并能够与交流操纵变量比对。这两个值必须彼此一致，否则可在转换器34中进行调节，尤其P调节、PI调节或者PID调节，从而实现测得的直流测量变量与调整的交流操纵变量的同步。

借助根据本发明的测量转换器能够以尤其简单且低成本的方式在直流充电时获得对计算目的关键的测量值。无需复杂的直流电流测量技术、而仅借助现有的交流电流技术即可获得计算相关的数值。

附图标记说明

2 直流充电电路

4 接口

6 充电触点

8 电动汽车

10 测量电阻

12,14 电压计

16 温度传感器

20 直流电流测量值

22 直流电压测量值

24 温度测量值

26 功率测量值

28 交流操纵值

30 缩放设备

32 模拟-数字转换器

34 转换器

36 恒流电源

38 交流测量电路

40 网络接口

42 能量计

44 电压计

46 电压计

48 分析电路