用于产生唤醒信号的装置和方法以及充电接口与流程

1.本发明涉及一种用于在充电线缆的插接过程中产生用于电子设备的唤醒信号的装置。本发明还涉及一种用于在充电线缆的插接过程中产生用于电子设备的唤醒信号的方法。最后，本发明涉及一种充电接口、例如用于车辆的充电接口。


背景技术：

2.电动车辆具有电动机，电动机与可充电电池联接并由该可充电电池来供能。为了实现跨区域的交通，在许多国家中构建越来越密集的公共充电点网络，在该这些充电点处可以给电动车辆的电池充电。由de 10 2014 200315 a1已知一种用于给车辆中的电池充电的示例性的方法。
3.由于用于给车辆充电的不同方法而提出了特别的挑战。因此，存在不同类型的车辆联接部，例如用于交流充电或用于直流充电的车辆联接部，所述车辆联接部能够在端子的数量和布置方面不同。因此，为了简化，努力建立统一的充电标准。尤其对于北美和欧洲而言重要的国际充电标准是联合充电系统ccs，其实现直流和交流充电。欧洲的变型方案基于所谓的类型2车辆联接部，其利用附加的直流插头极来扩展。电池管理系统的另一个电接口以商品名chademo公知并且尤其是在日本广泛应用。在使用相应的充电插头时，特定的充电变型方案取决于车辆的特定装备以及取决于电压源。
4.一旦充电插头与车辆连接，用于控制充电过程的控制装置就被激活。激活借助唤醒信号（英语：唤醒信号）进行，所述唤醒信号在插接过程中或在插接过程之后产生。


技术实现要素：

5.本发明提供一种具有权利要求1的特征的、用于在充电线缆的插接过程中产生用于电子设备的唤醒信号的装置。此外，本发明提供一种具有权利要求12的特征的、用于车辆的充电接口。最后，本发明提供一种根据权利要求14所述的、用于在充电线缆的插接过程中借助装置来产生用于电子设备的唤醒信号的方法。
6.优选的实施方式是相应的从属权利要求的主题。
7.因此，根据第一方面，本发明涉及一种用于在充电线缆的插接过程中产生用于电子设备的唤醒信号的装置。该装置被构造用于在由于电压变化和/或电阻变化而在插接过程中或插接过程之后出现边沿时产生唤醒信号并且将其输出给电子设备。该装置进一步被构造用于在出现边沿期间实现在装置内的或通过装置的电流流动，其中在插接过程之前和插接过程结束之后，抑制在装置内的或通过装置的电流流动。
8.根据第二方面，本发明因此涉及一种用于车辆的充电接口，其具有用于插入充电线缆的插接装置。充电接口还包括用于控制充电过程的控制装置以及用于在将充电线缆插入到插接装置中时产生用于控制装置的唤醒信号的装置。
9.因此，根据第三方面，本发明涉及一种用于在充电线缆的插接过程中借助装置来产生用于电子设备的唤醒信号的方法。为此，该装置在由于电压变化和/或电阻变化而在插
接过程中或在插接过程之后出现的边沿的情况下产生唤醒信号。在出现边沿期间，实现在装置内部的或通过装置的电流流动，其中在插接过程之前和在插接过程结束之后，抑制在装置内部的或通过装置的的电流流动。装置向电子设备输出唤醒信号。
10.本发明能够实现，尽可能降低为了生成唤醒信号所需的电流消耗。这通过边沿定向的（flankenorientiert）电路来实现，也就是说，通过识别在插接过程中或在插接过程之后（也就是说，紧接在插接过程之后或其后的短时间之后）出现的边沿来生成唤醒信号。尤其是例如在ccs充电系统中，即使对于经插接的插头也能够通过电压变换或电压变化来产生唤醒信号。通常，电压或电阻从低值变化到较高值的正或上升的边沿，以及电压或电阻从较高值变化到较低值的负或下降的边沿是不同的。本发明一般地可应用于两种类型的边沿或状态变换。这种类型的边沿典型地在如下插接过程中出现，在所述插接过程中装置的电势和电压发生变化。在插接过程之前和插接过程结束之后，电压和电阻基本上再次恒定。通过用于产生唤醒信号的装置的电路的相应的设计方案可能的是，仅在出现边沿期间、即在插接过程期间实现电流流动。在插接过程之前的时间段和插接过程之后的时刻，电流流动被抑制。在本发明的意义中，被抑制的电流流动理解为与在出现边沿期间出现的电流相比电流流动的明显减小。尤其地，在插接过程期间电流流动的低百分比的减小可以被理解为大约小于百分之十、小于百分之五或小于百分之一。优选地，电流流动小于十
µ
a、特别优选地小于一
µ
a。
11.因为电流流动基本上限制于开关过程本身，所以本发明能够实现极其节省成本地生成唤醒信号。此外，接口的负载也非常小，即电源不会由于唤醒信号的产生而被加载负荷，即在其电特性方面尽可能少地改变或受到影响。
12.根据该装置的一种优选的改进方案，该装置具有至少一个串联连接的电容器，该电容器被构造用于在出现例如通过插入过程在车辆的充电接口上产生的边沿期间，实现在该装置内的电流流动，并且在插接过程之前和在插接过程结束之后抑制在该装置内的电流流动。在插接过程期间，电容器被充电，从而电流流动是可能的。在插接过程结束之后或在出现边沿之后，电容器保持被充电，在此，电流流动在一定的时间之后减小并且基本上趋于零。在插接过程之前以及在充电插头拔出之后的时刻，电容器放电并且阻断电流流动，也就是说不能实现电流流动或者其至少受到很大限制。通过相应地确定电容器的电容和必要时装置内的其他电阻的大小可以适配精确的时间特性和尤其是在边沿期间流动的电流。
13.根据该装置的一种优选的改进方案，该装置具有第一开关装置，该第一开关装置被构造用于在出现边沿时产生第一脉冲电信号。此外，所述装置具有第二开关装置，所述第二开关装置构造用于将第一脉冲电信号转换为具有预先给定的脉冲持续时间的第二脉冲电信号。第二开关装置进一步被构造用于使用第二脉冲电信号来向电子设备输出唤醒信号。例如，第一开关装置可以包括上述电容器，其在出现边沿期间允许电流流动，从而产生第一脉冲电信号。第一脉冲电信号的持续时间尤其取决于出现的边沿的持续时间并且可以在一定的范围内变化。因此有利的是，借助第二开关装置产生具有固定地预先给定的脉冲持续时间的第二脉冲电信号。为此，第二开关装置可以包括如下定时元件，该定时元件与第一脉冲电信号的持续时间无关地始终产生具有恒定的持续时间的第二脉冲电信号。
14.根据所述装置的一种优选的实施方式，第一开关装置具有第一电容器和至少一个与其并联连接的高欧姆电阻。由于在插接过程中或插接过程之后出现的负边沿，第一电容
器被充电并且实现在第一开关装置内的或通过第一开关装置的电流流动。在插接过程之前和在插接过程结束之后，电流流动完全借助电容器并且借助至少一个高欧姆电阻在很大程度上被抑制。该实施方式尤其适合于与chademo充电系统一起使用，其中在插入过程中在chademo引脚“连接器邻近度检测”处的出现的负边沿可以用于产生第一唤醒脉冲。
15.根据该装置的一种优选的改进方案，第一开关装置还具有串联连接的第一开关，其中在第一电容器充电时第一开关被激活，从而产生第一脉冲电信号。第一开关以及下面描述的另外的开关可以是指晶体管或mosfet。
16.根据一种优选的改进方案，尤其是为了与ccs充电系统标准一起使用，该装置具有带有第一电容器的第一开关装置和与其串联连接的电阻，其中，由于在插接过程中或在插接过程之后出现的正边沿，第一电容器被充电并且能够实现在第一开关装置内或通过第一开关装置的电流流动。在插接过程之前和插接过程结束之后，电流流动借助第一电容器被抑制。
17.根据该装置的一种优选的改进方案，第二开关装置还具有串联连接的第二电容器，该第二电容器由于第一脉冲电信号而被充电并且能够实现在第二开关装置内的或通过第二开关装置的电流流动，其中在插接过程之前和插接过程结束之后借助第二电容器来抑制电流流动。因此，第二电容器是上述至少一个串联连接的电容器的示例。
18.根据所述装置的一种优选的改进方案，第二开关装置还具有一个连接在第二电容器之后的定时元件，该定时元件在给第二电容器充电时被激活达一个预先给定的的脉冲持续时间。因此，该定时元件用于如下目的，即，由第二脉冲信号生成随后的具有固定地预先给定的、优选恒定的脉冲持续时间的唤醒信号。
19.根据该装置的一种优选的改进方案，该装置具有多个第一开关装置，这些第一开关装置通过相应的电阻与或可与第二开关装置联接。尤其可能的是，不同充电标准的充电插头通过所述装置与车辆电池连接。给充电插头分别配设有自身的第一开关装置，这些第一开关装置尤其可以不同地设计。因此，第一开关装置中的一个可以被适配成使得可以连接根据ccs标准的充电插头，并且第一开关装置中的第二个可以被适配成使得可以连接根据chademo标准的充电插头。然而有利的是，仅需要唯一的第二开关装置，也就是说不同的第一开关装置共享共同的第二开关装置。由此可以降低用于制造所述装置的成本。
20.根据所述装置的一种优选的改进方案，将负场效应晶体管、电阻、定时元件和开关串联连接，其中所述定时元件和所述开关构造用于产生唤醒信号。
21.根据充电接口的一种优选的改进方案，插接连接可与根据不同的充电标准的充电线缆连接。因此，例如根据ccs标准的具有充电线缆的插接连接可同时与根据chademo标准的充电线缆连接。
附图说明
22.附图中示出：图1示出了根据本发明的一种实施方式的具有充电接口的车辆的示意性框图；图2示出了根据本发明的第一实施方式的用于产生用于电子设备的唤醒信号的装置的电路图；图3示出了根据本发明的第二实施方式的用于产生用于电子设备的唤醒信号的装
置的电路图；图4示出了根据本发明的第三实施方式的用于产生用于电子设备的唤醒信号的装置的电路图；图5示出了根据本发明的第四实施方式的用于产生用于电子设备的唤醒信号的装置的电路图；并且图6示出了根据本发明的一种实施方式的用于产生用于电子设备的唤醒信号的方法的流程图。
23.在所有附图中，相同的或功能相同的元件和装置设有相同的附图标记。
具体实施方式
24.图1示出了用于车辆6的充电接口5的示意性框图。车辆6是电动车辆或混合动力车辆，其具有电驱动装置并且具有电池，该电池可以通过外部电源来充电。为此，充电接口5具有如下插接装置7，该插接装置可与充电线缆8连接。优选地，插接装置7可以与不同充电标准的充电线缆连接，尤其与根据ccs标准的充电线缆和根据chademo标准的充电线缆连接。然而，其它标准也是可能的，像比如在中国中广泛应用的gb/t标准。
25.充电接口5还具有在下面详细描述的装置1，该装置在将充电线缆8插入到插接装置7中时产生唤醒信号。
26.唤醒信号被传输给充电接口5的控制装置4并且激活控制装置4，即从待机模式中唤醒该控制装置。控制装置4包括电子电路、尤其是集成电路（asic），其控制充电过程。为此，控制装置4与插接装置7通信并且尤其选择充电过程的方式。附图1应示意性地理解，也就是说，尤其是装置1可以与控制装置4一起安装在控制器中。
27.在以下附图中更详细地描述用于产生唤醒信号的装置1的不同实施方式。
28.图2示出了用于产生用于电子设备4、尤其是用于充电接口5的上述控制装置4的唤醒信号的装置1a的电路图。装置1a可通过第一端子a1与外部能量源的充电线缆联接。装置1a还可以通过第二端子a2或第三端子a3以及附加地通过第四端子a4与电子设备4联接。通过第一端子a1和第四端子a4之间的电连接可以进行通信，该通信能够实现充电过程的特定控制，也就是说，电子设备4可以通过相应的控制信号与外部控制器通信并且例如通信所使用的充电标准的类型。装置1a尤其设计用于与根据chademo标准的充电线缆连接。从第一端子a1至第四端子a4的通信路径在chademo标准中符合“连接器邻近度检测”。
29.在第一端子a1和第四端子a4之间设置有如下二极管d1，所述二极管经由另一电连接与第一开关装置2a和连接在之后的第二开关装置3连接。二极管d1使得通信信号能够从第四端子a4传输到第一端子a1，其中同时防止通信信号从第四端子a4传输到第一开关装置2a。此外，还防止了从第二端子a2到第四端子a4的信号传输。
30.第一开关装置2a包括第一电容器c11，该第一电容器与三个串联连接的高欧姆的第一至第三电阻r101、r102、r103并联接线，所述电阻具有例如分别至少200 kω的电阻。然而，电阻的数量不是强制性地预先给定。尤其地，也可以仅预先给定第一电阻，以便提供高欧姆的路径。此外，第四电阻r104串联连接，该第四电阻通过星形接点与第五电阻r105、第二电容器c12以及构造为晶体管的第一开关t11的基极（basis）b接线。第一开关t11的集电极c经由第六电阻r106接地，并且进一步与第二开关装置3连接。第六电阻r106是高欧姆的，
并且根据另外的实施方式可用多个电阻代替。
31.第二开关装置3包括第三电容器c13和串联连接的第七电阻r107，该第七电阻r107与构造为晶体管的第二开关t12的基极连接。在第七电阻r107和第二开关t12的基极之间延伸有另一个通过第八电阻r108接地的电连接。第二开关t12的发射极e被接地。第二开关t12的集电极c通过并联连接的第九和第十电阻r109、r110通过星形接点经由第四电容器c14接地，并且通过第十一电阻r111与构造为晶体管的第三开关t13的基极连接。第二和/或第三开关t12、t13也可以构造用于fet。根据其他实施方式，并联连接的电阻r109、r110的数目可变化。第十一电阻r111还通过并联连接的第五电容器c15和并联连接的第十二电阻r112与第三开关t13的发射极e以及与第一开关t11的发射极e、第二电容器c12和第五电阻r105相连接，它们同样全部由持续电源v来供应。通过整个布线，持续电源被加载以尽可能小的静态电流。第三开关t13的集电极c与第二端子a2连接，其中端子a2是用于所生成的唤醒脉冲的输出端。
32.如果充电线缆与第一端子a1连接，则由于第一端子a1处的电压和电阻改变，所以出现负边沿。在这种情况下，第一电容器c11被充电并且实现通过第一开关装置2a的电流流动。第一到第三电阻r101、r102、r103用作上拉电阻（pullup）。第一电容器c11形成高欧姆电阻r101、r102、r103的旁路，以实现用于第一开关装置2a的电流流动。
33.在插接过程之前和插接过程结束之后的某个时间段，第一电容器c11被充电，即是静态的，并且防止进一步的电流流动。进一步的电流流动仅还可以通过电阻r101、r102、r103、r104、r105实现。高欧姆电阻r101、r102和r103同样阻断并且同样剧烈地降低电流流动，从而这些电阻基本上抑制电流流动。
34.通过第一开关装置2a的电流流动激活或打开第一开关t11达到一定的持续时间，从而产生第一脉冲电信号。第一开关装置2a因此用作前置放大器并且从出现的负边沿产生第一脉冲电信号。第五电阻r105和第二电容器c12用来设定第一开关t11的开关阈值且还用以保护其免受电磁干扰。
35.通过第一脉冲电信号，第三电容器c13被充电，并且第二开关t12被激活。通过选择第三电容器c13的电容，可以设定由此生成的脉冲中间信号的持续时间。第六电阻r106和第八电阻r108用于第三电容器c13的随后放电。第六电阻r106构造为逐渐高电阻的，优选大于200 kω。第八电阻r108还用于确定第二开关t12的大小。一旦第二开关t12被激活、即闭合，则第四电容器c14通过第九和第十电阻r109、r110以及通过第二开关t12被放电。通过第十一电阻r111，第四电容器c14被再次充电。随后对第四电容器c14的充电比第四电容器c14的放电更慢地进行。第四电容器的电容可以是例如10 nf。
36.第二开关t12因此激活如下一个定时元件311，该定时元件包括第九电阻r109、第十电阻r110、第十一电阻r111和第四电容器c14。第四电容器c14的放电持续时间为几微秒，并且随后的充电持续时间为几毫秒，其中，充电持续时间由定时元件311限定并且具有固定地预先给定的持续时间。当第四电容器c14被放电期间，第三开关t13被激活。由此产生第二脉冲信号，该第二脉冲信号具有通过定时元件311的尺寸确定来预先给定的持续时间。第二脉冲信号用作电子设备4中的供电模块的唤醒信号，该唤醒信号启动电子设备4的接通进而启动其运行。
37.第十二电阻r112用于适配第三开关t13的开关阈值。第五电阻c15使第三开关t13
稳定化，并且减少由于电磁干扰造成的影响。
38.更一般地，第二开关装置3可以分为第一区段31和第二区段32，其中第一区段31产生中间信号，并且包括第十二电阻r112、第五电容器c15和第三开关t13的第二区段32产生第二脉冲信号。第一脉冲信号通常具有在几纳秒范围内的短的持续时间，但是也可以具有在毫秒范围内的持续时间，中间信号通常具有在几微秒直至几毫秒范围内的持续时间并且第二脉冲信号具有在几毫秒直至几百毫秒范围内的限定的预先给定的持续时间。
39.装置1a可以具有另外的、虚线表示的可选元件。因此，第十三电阻r113可以与第三电容器c13并联连接，并且在第七电阻r107之后可以有第六电容器c16接地，其中这些结构元件用于减少电磁干扰。
40.最后，可以将装置1a设计成与多根充电线缆一起使用。为此可以设置多个第一开关装置2a，它们可以不同并且可以适配于不同的充电标准。尤其地，下面进一步描述的第一开关装置2b的第一开关装置2a之一可以对应于图3中示出的用于产生唤醒信号的装置1b。优选地，这些不同的第一开关装置2a、2b共享一个共同的第二开关装置3。在这种情况下，代替第二开关装置3，第一开关t11的集电极c经由第十五电阻r115与第三端子a3连接，其中，第三端子a3与共同的第二开关装置3连接，即与第三电容器c13连接。
41.此外，可以设置第十四电阻r114，如果脉冲持续时间通过装置1a、1b的尺寸设计而已经足以完全地在第二输出端a2处提供期望的功能，则该第十四电阻r114与第二端子a2连接。在这种情况下，可以取消第二开关装置3的所使用的构件。
42.图3示出了用于产生用于电子设备4、尤其是用于充电接口5的上述控制装置4的唤醒信号的另一装置1b。该装置1b尤其被设计用于与根据ccs标准的充电线缆连接。装置1b的第二开关装置3与装置1a的上述第二开关装置3相对应。第一开关装置2b不同于上述第一开关装置2a并且设计用于识别正边沿，而上述第一开关装置2a设计用于识别负边沿。
43.端子a1通过第七电容器c21和第十六电阻r21与mosfet t2的栅极端子g连接。第十六电阻r21和mosfet t2之间的连接进一步通过第十七电阻r22和第八电容器c22接地。mosfet t2的源极端子s被接地，并且漏极端子d与第十八电阻r23和并联连接的第九电容器c23接线。第一开关装置2b在上述布置方案中还包含上述第四电阻r104、第一开关t11、第五电阻r105以及第二电容器c12，因此，这里将不重复对它们的描述。
44.第七电容器c21在出现正边沿期间实现通过装置1b的电流流动，并在插接过程之前和插接过程结束之后抑制电流流动。在ccs标准中，正边沿也可由信号“控制先导”通过与插入过程等效的线路来实现。第十七电阻r22与尤其是第十六电阻r21一起用于设定mosfet t2的开关阈值。第十七电阻r22和第八电容器c22还用来减小电磁干扰。mosfet t2使得能够对逻辑函数取反。第十八电阻r23对应于上述第一、第二和第三电阻r101、r102、r103的作用方式。第九电容器c23对应于第一电容器c11。
45.可选地，端子a1可以进一步经由第十九电阻r24与mosfet t2的漏极端子d连接，以便对ccs标准的负边沿和信号“控制先导”作出响应。在此，可以节省第七和第八电容器c21、c22、mosfet t2以及第十六和第十七电阻r21、r22。
46.图4示出了用于产生用于电子设备4的唤醒信号的装置1c，其是图3中示出的装置1b的变型。在这种情况下，mosfet t2的漏极端子d经由第二十电阻r3直接与并联连接的第九和第十电阻r109、r110连接，从而取消所有连接在中间的元件。
47.图5示出了用于产生用于电子设备4的唤醒信号的另一装置1d，其是在图2和图3中所示的装置1a、1b的变型。在该实施方式中，不存在第一开关装置2a、2b、即第一端子a1直接与上述第二开关装置3连接。
48.在图2至图5所示的装置1a至1d中，如果没有插接过程，即在插接过程之前的时间和插接过程结束之后的足够时间间隔，第一电容器c11、第三电容器c13和第七电容器c21用于减少或完全抑制相应的装置1a至1d中的电流流动。相反地，这些电容器在出现边沿期间以及必要时在边沿出现之后的短的时间段内允许在装置1a至1d内的电流流动，其中电流流动导致唤醒信号的产生。
49.如上所述，多个所述装置1a至1d可以彼此结合，其中，装置1a至1d共用共同的第二开关装置3或第二开关装置3的部分。由此，尤其可以连接不同充电标准的充电插头，并且分别利用减少数量的结构元件来产生唤醒信号。
50.本发明不限于所示的实施方式。因此，在图2所示的装置1a和图3所示的装置1b的变型中，可以省略第二开关装置3的其它实施方式。另外，也可以将场效应晶体管（fet）代替晶体管用于第一开关t11。第二电容器c12在该情况下用作能量存储器并且通过第五电阻r105的大小可以确定放电电流。电容器和电阻确定用于脉冲信号或脉冲中间信号的持续时间的时间常数，必要时也确定唤醒信号或唤醒脉冲的持续时间。对于改动的装置1a，第一、第二和第三电阻r101、r102、r103的电阻值以及第一电容器c11的电容被如此选择，使得当没有插接充电插头时，设计为fet的第一开关t11关断。对于装置1b，分别适配第四电阻r104和第十八电阻r23的电阻值以及第九电容器c23的电容。
51.根据其他实施方式，gnd端子也可以与正端子互换，从而产生极性的相反表示。在晶体管中，反极性的反转是必要的，即从n通道反转到p通道以及从npn反转到pnp。
52.图6示出了用于在充电线缆的插接过程中产生用于电子设备4的唤醒信号的方法的流程图。该方法可以借助在导言中所描述的装置或者借助结合附图所描述的装置1a到1d来予以执行。
53.据此，在第一步骤s1中执行插接过程，也就是说，将充电线缆插入到充电接口5的插接装置7中，其中出现电压变化和/或电阻变化。根据所使用的充电标准，可能出现正的或负的边沿。
54.在第二步骤s2中，借助所述装置来产生唤醒信号。在此，在出现边沿期间实现了通过装置或在装置内部的电流流动，并且在插接过程之前以及在插接过程结束之后，通过装置或在装置内部的电流流动被如此强烈地减小或抑制，使得该电流流动不再是对于（持续）供电的值得一提的负荷。在结束插接过程之后，在此尤其可以意味着，电流流动在插接过程结束之后的一定的时刻才被抑制。尤其地，在插接过程结束之后，在短时间段内还可能出现电流流动，尤其是为了产生唤醒信号。为了能够实现在边沿期间的电流流动并且在边沿之后抑制电流流动尤其是可以设置一个或多个电容器。
55.在第三步骤s3中，唤醒信号被输出给电子设备4。电子设备4尤其可以是指用于车辆6的充电接口5的控制装置4，该控制装置控制车辆6的电池的充电过程。