充电设备、充电站和用于控制充电设备的方法
【专利摘要】本发明涉及一种充电设备(10)，该充电设备具体用于为机动车辆(12)的电能存储器充电，该充电设备具有：一个电力连接件(16)，将该充电设备(10)电连接至一个充电站(14)并且与该充电站(14)互换电能；一个电气转换器(18)，该电气转换器连接至该电力连接件(16)，以便经由该电力连接件(16)来与该充电站(14)互换电能并且转换电能；一个控制单元(20)，该控制单元连接至该电气转换器(18)以便控制电能的互换；一个通讯接口(22)被指配给该控制单元(20)并且被设计成与该充电站(14)互换数据(34)，并且该控制单元(20)被设计成基于该数据来控制电能的互换。
【专利说明】
充电设备、充电站和用于控制充电设备的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种充电设备，该充电设备具体用于为机动车辆的电能存储器充电，该充电设备具有:一个电力连接件，用以将该充电设备电连接至一个充电站并且与该充电站互换电能;一个电气转换器，该电气转换器连接至该电力连接件，以便经由该电力连接件与该充电站互换电能并且对电能进行转换；以及一个控制单元，该控制单元连接至该电气转换器以便控制电能的互换。
[0002]本发明还涉及一种充电站，该充电站具体用于为机动车辆的电能存储器充电，该充电站具有一个电力连接件，用以将该充电站电连接至一个移动充电设备并且与该充电设备互换电能;并且具有一个通讯接口，该通讯接口用于与该充电设备互换数据。
[0003]本发明还涉及一种充电单元，该充电单元具有一个充电站和一个充电设备。
[0004]本发明最终涉及一种用于控制充电设备的方法，该方法具有以下步骤:将一个电气转换器连接至一个充电站;并且通过借助于一个控制单元来控制该电气转换器而在该充电站与该电气转换器之间互换电能。
[0005]这样的充电设备、充电站和方法被用于将电能供应给移动电动装置(尤其是电动车辆)并且在该充电站与该充电设备之间互换电能，并且用于控制电能的互换。
【背景技术】
[0006]在电力驱动机动车辆和用于电力驱动机动车辆的充电站的领域中，总体上已知的实践是将机动车辆的充电设备电连接至固定的或公用的供电网络以便为这些机动车辆的电能存储器充电。取决于电力连接件或取决于可用性，在这种情况下可以用单相或三相的方式将电能传输给这些机动车辆的电能存储器。当从该固定的公用供电网络传输电能时，必须借助于一个变换器将交流电转换为直流电，其结果是，在电流与电压之间产生了相移并且因此传输无功功率。此外，在单相传输电能至机动车辆的能量存储器的过程中，可能发生网络不对称或中性点偏移。如果在机动车辆充电时产生过高的无功电功率或者如果多个独立相具有过量的负载，其结果可能是电能传输的断开。
[0007]为了控制这样的用于机动车辆的充电站，US2014/0021917A1提出对每个三相电力连接件指配一个控制单元，以便尽可能对称地控制这种三相电能传输并且由此避免不对称和中性点的偏移。这种方法的缺点在于，仍然可能产生无功功率并且在例如私人家庭中不可能实现简单的单相能量传输。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目的是提供一种改善的充电设备、一种改善的充电站和一种改善的用于控制充电设备的方法，因此而使得能够可靠且稳健地传输电能。
[0009]在开头所提及的充电设备的情况下，这个目的是借助于以下事实而实现的，S卩，一个通讯接口被指配给该控制单元或者该控制单元具有一个通讯接口，该通讯接口被设计成与该充电站互换数据，该控制单元被设计成基于该数据来控制电能的互换。
[0010]在开头所提及的充电站的情况下，这个目的是借助于以下事实而实现的，即，该通讯接口被设计成用于互换数据，以用于控制与该充电设备的电能的互换。
[0011 ]在开头所提及的充电单元的情况下，这个目的实现是借助于根据本发明的充电设备和充电站。
[0012]最后，在开头所提及的用于控制充电设备的方法的情况下，这个目的是借助于以下事实来实现的，即，在该充电设备与该充电站之间互换数据，并且通过基于所互换的数据控制该电气转换器来在该充电站与该电气转换器之间互换电能。
[0013]本发明包括下述1、9、10的技术方案，下述2-8和11-13为优选实施方案。
[0014]1.—种充电设备(10)，该充电设备具体用于为机动车辆(12)的电能存储器充电，该充电设备具有:
[0015]-—个电力连接件(16)，用以将该充电设备(10)电连接至一个充电站(14)并且与该充电站(14)互换电能，
[0016]-一个电气转换器(I8)，该电气转换器连接至该电力连接件(16)，以便经由该电力连接件(16)来与该充电站(14)互换电能并且转换电能，
[0017]-一个控制单元(20)，该控制单元连接至该电气转换器(18)以便控制电能的互换，
[0018]其中一个通讯接口(22)被指配给该控制单元(20)并且被设计成与该充电站(14)互换数据(34)，该控制单元(20)被设计成基于该数据来控制电能的互换。
[0019]2.如上述I所述的充电设备，其中该电力连接件(16)具有多个相，以便以多相方式与该充电站(14)互换电能，该控制单元(20)被设计成基于所互换的数据(34)来独立地控制以这些相进行的电能互换。
[0020]3.如上述2所述的充电设备，其中与该充电站(14)互换的数据具有与这些相中的电能的最大量相关的信息。
[0021]4.如上述I至3之一所述的充电设备，其中该控制单元(20)和该电气转换器(18)经由第一电线(24)连接至该电力连接件(16)。
[0022]5.如上述4所述的充电设备，其中该控制单元(20)经由第二电线(26)连接至该电气转换器(18)。
[0023]6.如上述4或5所述的充电设备，其中该通讯接口( 22)经由该第一电线(24)连接至该控制单元(20)。
[0024]7.如上述4至6之一所述的充电设备，其中该通讯接口(22)经由该第二电线(26)连接至该电气转换器(18)。
[0025]8.如上述I至7之一所述的充电设备，其中该通讯接口(22)形成了用于双向数据互换的双向接口。
[0026]9.—种充电站(14)，该充电站具体用于为电力驱动机动车辆(12)的电能存储器充电，该充电站具有:
[0027]-—个电力连接件(30)，用以将该充电站(14)电连接至一个移动充电设备(10)并且与该充电设备(10)互换电能，以及
[0028]-一个通讯接口(32)，该通讯接口用于与该充电设备(10)互换数据(34)，
[0029]其中该通讯接口(32)被设计成用于互换数据(34)，以用于控制与该充电设备(10)的能量的互换。
[0030]10.—种用于控制充电设备(10)的方法，该方法具有以下步骤:
[0031]-将该充电设备(10)的一个电气转换器(18)连接至一个充电站(14)，
[0032]-在该充电设备(10)与该充电站(14)之间互换数据(34)，并且
[0033]-通过基于互换的数据(34)控制该电气转换器(18)来在该充电站(14)与该电气转换器(18)之间互换电能。
[0034]11.如上述10所述的方法，其中电能的量是基于该数据(34)而受限制的。
[0035]12.如上述11所述的方法，其中在该充电站(14)与该充电设备(10)之间的、在多个单独电气相中的电能的量是基于互换的数据(34)而受限制的。
[0036]13.如上述10至12之一所述的方法，其中用于验证该充电设备(10)的验证数据是从该充电设备(1)传输给该充电站(14)的。
[0037]根据本发明，作为在该充电站与该充电设备之间互换数据并且基于所互换的数据来控制电能在该充电站与该充电设备之间的互换的事实的结果，就可以控制或限制该充电设备从该充电站抽取的电能，其结果是，可以通过控制电能的抽取来防止高的无功功率或中性点偏移或不对称网络负载，并且由此可以避免电能传输的断开。这使之有可能以可靠且稳健的方式将电能尤其传输至机动车辆。
[0038]因此，完全实现了本发明的目的。
[0039]在一个优选实施例中，该电力连接件具有多个相，以便以多相方式与该充电站互换电能，该控制单元被设计成基于所互换的数据来独立地控制以这些相进行的电能互换。
[0040]这使之有可能避免对一相的单侧加负载或有可能校正现有的零点偏移，从而因此使之有可能实现对称网络负载。
[0041]在这种情况下，特别优选的是，与该充电站互换的数据具有与这些单独相中电能的最大量相关的信息。
[0042]这使之有可能对多个单独相中的电能的量进行有意地限制，以避免不对称网络负载。
[0043]在一个优选实施例中，该控制单元和该电气转换器经由第一电线连接至该电力连接件。
[0044]结果，就可以花费少量的技术努力来在该电气转换器与该电力连接件之间互换电會K。
[0045]在这种情况下，特别优选的是，该控制单元经由第二电线连接至该电气转换器。
[0046]结果，该控制单元就可以用少量的技术努力来控制该电气转换器并且因此可以控制能量值或与该充电站的能量互换。
[0047]特别优选的是，该通讯接口经由该第一电线连接该控制单元。
[0048]结果，用于传输电能的该电线就可以被用作传输数据的线，因此有可能减少用于建立数据通道的技术努力。
[0049]在一个优选实施例中，该控制单元被安排在该电气转换器与该电力连接件之间的电线中，其结果是，该控制单元呈控制和保护单元(ICCPD)的形式。结果，该控制单元就可以用少量的技术努力来控制电能的传输并且同时可以形成对抗过电压的可靠保护。
[0050]还优选的是，该通讯接口形成了用于双向数据互换的双向接口。
[0051]结果，就可以在该充电站与该充电设备之间互换不同的数据。在这种情况下，所互换的数据可以具体含有网络负载、负载下的相数量、与电力网络中变换器的状态相关的信息、用于指明相负载的信息、与电气转换器的瞬时相使用相关的反馈、功率计算、关于预期功率耗用的预测、以及用于验证充电设备或用于验证机动车辆的验证数据。
[0052]在该方法的一个优选实施例中，电能的量是基于该数据而受限制的。
[0053]这使之有可能避免由于抽取能量或对该充电站及所连接的充电网路加负载而导致的过载。
[0054]在这种情况下，特别有利的是，在该充电站与该充电设备之间的、在多个单独电气相中的电能的量是基于互换的数据而设定的或受限制的。
[0055]这使之有可能避免不对称网络负载或者对现有的不对称网络负载加以有意补偿。
[0056]还优选的是，用于验证该充电设备的验证数据是从该充电设备传输给该充电站的。
[0057]这使之有可能识别该充电设备或该充电设备的所有者并且因此为从公用充电站抽取的电能付费。
[0058]总之，可以通过传输数据并且进而基于所传输的数据对电能的抽取加以控制来避免电力网络的过载或在该电力网络上的不对称负载，这是因为该充电设备抽取的电能可以是由该充电站以一种需求导向的方式来控制的，通过这种设置就可以补偿或可以根本上地避免现有的不对称负载。这使之有可能避免由于不对称负载或抽取无功功率而导致的在充电站处断开电能供应，从而因此有可能在该充电站处以更可靠的方式供应电能。
[0059]不言自明的是，以上提及的这些特征以及以下将要解释的特征不仅可以按对应地指明的组合形式使用、也可以按其他组合形式或者单独地使用，而不脱离本发明范围。
【附图说明】
[0060]在附图中展示了本发明的多个示例性的实施例并且在以下的说明书中对其进行了更详细的说明。在附图中:
[0061]图1示出了出于为能量存储器充电的目的而连接至充电站的电力驱动机动车辆的示意图；并且
[0062]图2示出了数据和电能在充电设备与充电站之间互换的示意图。
【具体实施方式】
[0063]在图1中示意性地展示了充电设备，并且该充电设备总体上由10来指示。充电设备10将机动车辆12连接至充电站14，以便因此在充电站14处对机动车辆12的电能存储器充电。
[0064]充电设备10总体上具有电力连接件16或连接件16，以便将充电设备10电连接至充电站14并且因此将电能传输至充电设备10或传输至机动车辆12的电能存储器。充电设备10具有电气转换器18，该电气转换器通常借助于一个变换器来将交流电转换成直流电，以便使用直流电对机动车辆12的电能存储器充电。充电设备10还具有控制单元20，该控制单元被设计成控制电气转换器18并且因此控制或设定从充电站14抽取电能。充电设备10还具有通讯接口 22，该通讯接口被设计成在控制单元20与充电站14之间互换数据，该控制单元20被设计成控制或限制由转换器18从充电站14抽取的电能。
[0065]电力连接件16经由具有多根缆线的第一电线24连接至控制单元20，并且控制单元20经由具有多根缆线的第二电线26连接至转换器18。
[0066]第一电线24用于将数据从通讯接口22传输至控制单元20，第一电线24的这些缆线被用于传输电能并且此外被用于传输数据。换言之，第一电线24形成了双向的数据通道或PLC通道，其结果是，可以将数据从控制单元20传输给充电站14并且将数据从充电站14传输给控制单元20。用于传输电能的第二电线26也用于将数据传输给转换器18或机动车辆12，在这种情况下，第二电线26因此形成了双向的数据通道或PLC通道。
[0067]取决于可用性，可以用三相方式或单相方式二者来将电能从充电站14传输至机动车辆12。
[0068]借助于转换器18(该转换器优选地呈变换器的形式)将交流电转变为直流电通常会导致在电流与电压之间的相移，其结果是，从充电站14或充电站14连接于其上的公用网络中抽取无功电功率。此外，在单相能量传输的过程中或有大量的车辆12连接至充电站14的情况下可能发生单侧相负载或不对称网络负载和零点偏移，其结果是，在极端状况下就必须断开对这个(这些)机动车辆12的电能传输。因此，充电站14将数据传输至通讯接口 22，该通讯接口限定了与最大可能抽取的能量或最大可能的无功功率或最大可能抽取的无功电流相关的ig
[0069]息，其结果为，控制单元20因此控制转换器18并且可以根据充电站14的规格来适配这种能量抽取。结果，例如，在存在不对称网络负载的情况下就有可能在多个独立相上限制抽取或者可以使得多个独立相负载更大，其结果是，可以补偿负载的不对称性。结果，充电站14由此就可以通过将数据传输至充电设备10的通讯接口 22来控制这些独立充电设备对能量的抽取来实现具有功率因数校正的、对称的能量抽取。
[0070]如图1中所示，控制单元20是整合在充电设备10的电线中的并且因此在电线中形成了整合的控制单元和过电压保护装置(ICCPD)。
[0071]充电站14连接至电力网络并且优选地连接至公用供电网络28并且获取从公用供电网络28传输给充电设备10的电能。因此充电站14具有一个电力连接件30，该电力连接件用于连接充电设备10的电力连接件16，并且该充电站还具有一个通讯接口 32，该通讯接口连接电力连接件30以便因此与充电设备1的通讯接口 22互换数据。
[0072]结果，充电站14可以将电能传输至充电设备10并且可以因此与充电设备10的通讯接口 22互换数据来控制充电设备1的能量消耗。
[0073]图2展示了在充电设备与充电站之间传输能量和数据的示意图。相同的元件是相同的参考标号来指示的，在此仅解释特定特征。
[0074]充电站14电连接公用网络28，以便因此从网络28抽取电能并且使之可供充电设备10使用。电能是借助于第一电线24来从充电站14传输至控制单元20的，数据34是同时在充电站14与控制单元20之间进行互换的。在这种情况下，用于电能传输的电线同时形成了双向PLC通道。控制单元20还电连接转换器18，该转换器在此图示中被安排在机动车辆12内部。控制单元20基于数据34来控制转换器18，其结果是，转换器18根据来自充电站14的规格接收电能并且从充电站耗用电能。控制单元20与转换器18之间的、用于传输电能的这种电力连接件同时形成了双向PLC通道，其结果是，控制单元20总体上与转换器18并且与此同时与机动车辆12互换数据34和另外的控制数据。
[0075]数据34可以优选地含有:与多相负载下的网络负载或负载下的相数量相关的信息，与公用网络28中的变换器状态、相负载的规格、与充电设备10所使用的瞬时相相关的反馈、确定无功功率的功率计算以及对未来耗用功率的预测相关的信息。此外，从控制单元20传输至充电站14的数据34还可以具有用于验证充电设备10或机动车辆12的验证数据。
[0076]总之，可以用充电设备10和充电站14来实施一种受控的功率耗用，其结果是，可以可靠地提供电能并且使得断开能量供应的可能性最小化。
【主权项】
1.一种充电设备(10)，该充电设备具体用于为机动车辆(12)的电能存储器充电，该充电设备具有: -一个电力连接件(16)，用以将该充电设备(10)电连接至一个充电站(14)并且与该充电站(14)互换电能， -一个电气转换器(18)，该电气转换器连接至该电力连接件(16)，以便经由该电力连接件(16)来与该充电站(14)互换电能并且转换电能， -一个控制单元(20)，该控制单元连接至该电气转换器(18)以便控制电能的互换， 其特征在于，一个通讯接口(22)被指配给该控制单元(20)并且被设计成与该充电站(14)互换数据(34)，该控制单元(20)被设计成基于该数据来控制电能的互换。2.如权利要求1所述的充电设备，其特征在于，该电力连接件(16)具有多个相，以便以多相方式与该充电站(14)互换电能，该控制单元(20)被设计成基于所互换的数据(34)来独立地控制以这些相进行的电能互换。3.如权利要求2所述的充电设备，其特征在于，与该充电站(14)互换的数据具有与这些相中的电能的最大量相关的信息。4.如权利要求1至3之一所述的充电设备，其特征在于，该控制单元(20)和该电气转换器(18)经由第一电线(24)连接至该电力连接件(16)。5.如权利要求4所述的充电设备，其特征在于，该控制单元(20)经由第二电线(26)连接至该电气转换器(18)。6.如权利要求4所述的充电设备，其特征在于，该通讯接口(22)经由该第一电线(24)连接至该控制单元(20)。7.如权利要求5所述的充电设备，其特征在于，该通讯接口(22)经由该第二电线(26)连接至该电气转换器(18)。8.如权利要求1至3之一所述的充电设备，其特征在于，该通讯接口(22)形成了用于双向数据互换的双向接口。9.一种充电站(14)，该充电站具体用于为电力驱动机动车辆(12)的电能存储器充电，该充电站具有: -一个电力连接件(30)，用以将该充电站(14)电连接至一个移动充电设备(10)并且与该充电设备(10)互换电能，以及 -一个通讯接口(32)，该通讯接口用于与该充电设备(10)互换数据(34)， 其特征在于，该通讯接口(32)被设计成用于互换数据(34)，以用于控制与该充电设备(10)的能量的互换。10.—种用于控制充电设备(10)的方法，该方法具有以下步骤: -将该充电设备(10)的一个电气转换器(18)连接至一个充电站(14)， -在该充电设备(10)与该充电站(14)之间互换数据(34)，并且 -通过基于互换的数据(34)控制该电气转换器(18)来在该充电站(14)与该电气转换器(18)之间互换电能。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，电能的量是基于该数据(34)而受限制的。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在该充电站(14)与该充电设备(1)之间的、在多个单独电气相中的电能的量是基于互换的数据(34)而受限制的。13.如权利要求10至12之一所述的方法，其特征在于，用于验证该充电设备(10)的验证数据是从该充电设备(10)传输给该充电站(14)的。
【文档编号】H02J7/04GK105826993SQ201610040853
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月21日
【发明人】D·斯潘塞, T·克劳斯, D·赫尔克
【申请人】保时捷股份公司