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充电系统

阅读：70发布：2022-11-30

专利汇可以提供充电系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种充电系统，所述充电系统配置用于提供电能以便利用充电电流 Ic对电动交通工具(3)的电池 (11)进行充电，所述充电系统包括：过电流保护装置(7)，其特征在于关断过电流保护装置(7)的断路电流Ib；电控开关 (8)，其特征在于切换最大开关电流Imax；以及控制装置(7)，所述控制装置(7)与至少电控开关(8)进行电连接，由此电控开关(8)和过电流保护装置(7) 串联连接，并且布置在充电电流Ic的电流路径中，以及控制装置(7)配置用于在充电电流Ic已经超过标称电流IN之后或者在过电流保护装置(7)因充电电流已经超过断路电流Ib而已经关断之后的时间t>0来关断电控开关(8)。，下面是充电系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种充电系统，所述充电系统配置用于提供电能以便利用充电电流Ic对电动交通工具(3)的电池(11)进行充电，由此所述充电系统的特征在于标称电流IN，所述充电系统包括过电流保护装置(7)，其特征在于关断所述过电流保护装置(7)的断路电流Ib，由此Ib≥IN，
电控开关(8)，其特征在于切换最大开关电流Imax，以及
控制装置(7)，所述控制装置(7)与至少所述电控开关(8)进行电连接，由此所述电控开关(8)和所述过电流保护装置(7)串联连接，并且布置在所述充电电流Ic的所述电流路径中，以及
所述控制装置(7)配置用于在所述充电电流Ic已经超过所述标称电流IN之后或者在所述过电流保护装置(7)因所述充电电流Ic已经超过所述断路电流Ib而已经关断之后的时间t>0来关断所述电控开关(8)。
2.如前述权利要求所述的充电系统，由此所述控制装置(7)配置用于测量所述充电电流Ic，并且用于在所述充电电流Ic已经超过所述标称电流IN或所述断路电流Ib时关断所述电控开关(8)。
3.如前述权利要求中的任一项所述的充电系统，由此所述过电流保护装置(7)的特征在于允许通过的能量I2t，以及所述时间t为所述允许通过的能量I2t除以所述断路电流Ib的平方，t=I2t/Ib2。
4.如前述权利要求中的任一项所述的充电系统，包括所述电动交通工具(3)以及配置用于对所述电动交通工具(3)进行充电的充电装置(6)，由此所述电动交通工具(3)和/或充电装置(6)包括所述过电流保护装置(7)，并且所述充电装置(6)包括所述电控开关(8)和所述控制装置(7)。
5.如前述权利要求中的任一项所述的充电系统，由此所述电控开关(8)和所述过电流保护装置(7)串联连接在所述电动交通工具(3)与所述充电装置(6)之间。
6.如前述权利要求中的任一项所述的充电系统，包括电缆(10)，所述电缆(10)配置用于电连接所述电动交通工具(3)和所述充电装置(6)以传导所述充电电流Ic。
7.如前述权利要求中的任一项所述的充电系统，由此所述电控开关(8)作为接触器来提供。
8.如前述权利要求中的任一项所述的充电系统，由此所述过电流保护装置(7)作为熔断器或者作为电路断路器来提供，和/或所述过电流保护装置(7)的特征在于电流时间图，由此所述时间t对应于所述断路电流Ib。
9.如前述权利要求中的任一项所述的充电系统，包括多个功率转换器(1)，所述多个功率转换器(1)配置用于把来自诸如电力网之类的功率源（2）的电能转换成用于对所述电动交通工具(3)进行充电的适当格式。
10.如前述权利要求中的任一项所述的充电系统，其中所述多个功率转换器(1)各自具有配置用于连接到所述功率源(2)的AC侧(4)以及配置用于向所述电动交通工具(3)的所述电池(11)提供电能的DC侧(5)，由此所述过电流保护装置(7)布置在所述多个功率转换器(1)的所述AC侧(4)上和/或在所述DC侧(5)上。
11.如前述权利要求中的任一项所述的充电系统，由此所述过电流保护装置(7)、所述电控开关(8)和/或所述控制装置(7)包括通信装置(14)，所述通信装置(14)配置用于与至少所述电动交通工具(3)交换与断路电流Ib、最大开关电流Imax、允许通过的能量I2t、充电电流Ic和/或时间t有关的信息。
12.如前述权利要求中的任一项所述的充电系统，包括多个充电端口(12)，所述多个充电端口(12)各自包括用于与至少一个电动交通工具(13)进行能量交换的接口(13)。
13.如前述权利要求中的任一项所述的充电系统，由此所述最大开关电流Imax大于所述断路电流Ib。
14.一种用于在利用充电电流Ic对电动交通工具(3)的电池(11)进行充电时保护电控开关(8)的方法，由此所述充电系统的特征在于标称电流IN，所述充电系统包括过电流保护装置(7)，其特征在于关断所述过电流保护装置(7)的断路电流Ib，由此Ib≥IN，以及
所述电控开关(8)，其特征在于切换最大开关电流Imax，由此
所述电控开关(8)和所述过电流保护装置(7)串联连接，并且布置在所述充电电流Ic的所述电流路径中，所述方法包括下列步骤：
检测所述充电电流Ic是否已经超过标称电流IN或者所述过电流保护装置是否因所述充电电流Ic已经超过所述断路电流Ib而已经关断，以及
在这种情况下，在所述充电电流Ic已经超过所述标称电流IN之后或者在所述过电流保护装置(7)已经关断之后的时间t>0来关断所述电控开关(8)。
15.如前述方法权利要求所述的方法，由此所述过电流保护装置(7)的特征在于允许通过的能量I2t，以及所述时间t为所述允许通过的能量I2t除以所述断路电流Ib的平方，t=I2t/Ib2。

说明书全文

充电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及充电系统，所述充电系统配置用于提供电能以便利用充电电流Ic对电动交通工具的电池进行充电，所述充电系统包括过电流保护装置，所述过电流保护装置的特征在于关断所述过电流保护装置的断路电流Ib。

背景技术

[0002] 用于提供电能以便对电动交通工具的电池进行充电的充电系统是本领域已知的。所述充电系统通常连接在具有诸如AC电网之类的功率源的AC侧上，并且在DC侧上包括提供充电电流的多个充电端口。每个充电端口包括用于在充电系统与电动交通工具之间经由电缆进行能量交换的接口。该电缆以及充电系统中提供的其它电缆通常通过电池侧上的熔断器以及充电器侧的受限电流来保护，所述熔断器例如作为充电系统的DC侧上的熔断器和/或作为充电系统的AC侧上的熔断器来提供。如果短路在对电动交通工具进行充电时发生，则电动交通工具中的熔断器在短路电流足够大时将断开。由于电动交通工具中的熔断器难以触及，所以更换断开的熔断器是费力和高费用的。

[0003] 实际上，与对电动交通工具进行充电所要求的预计充电电流相比，熔断器的允许通过的能量常常被选择成很高，例如12 MA2s。当过电流例如通过充电器系统的弱短路或失灵而发生时，过电流能够被检测，以及充电应当通过充电电流的充电路径中布置的电控开关来中断。但是，电控开关具有有限断开能力。如果超过断开容量，则能够破坏电控开关。更换被破坏的电控开关比更换断开的熔断器的费用要高许多。

发明内容

[0004] 因此，本发明的目的是要提供用于保护用于提供电能以便对电动交通工具的电池进行充电的充电系统的电控开关的系统和方法。

[0005] 本发明的目的通过独立权利要求的特征来解决。在从属权利要求中描述优选实施例。

[0006] 因此，此目的通过一种充电系统来解决，所述充电系统配置用于提供电能以便利用充电电流Ic对电动交通工具的电池进行充电，由此充电系统的特征在于标称电流IN，所述充电系统包括：过电流保护装置，其特征在于关断过电流保护装置的断路电流Ib，由此Ib≥IN；电控开关，其特征在于切换最大开关电流Imax；以及控制装置，所述控制装置与至少电控开关进行电连接，由此电控开关和过电流保护装置串联连接，并且布置在充电电流Ic的电流路径中，以及控制装置配置用于在充电电流Ic已经超过标称电流IN之后或者在过电流保护装置因充电电流Ic已经超过断路电流Ib而已关断之后的时间t>0来关断电控开关。

[0007] 因此，本发明的要点是要如果过电流大于标称电流IN，则使过电流保护装置关断例如起因于失灵的过电流，以及此后，一旦过电流保护装置已经关断，则首先要等待时间t>2 2
0，并且然后再关断电控开关。如果过电流保护装置在时间t=I t/Ib 之内尚未关断，则故障电流低于Imax，并且电控开关能够断开充电电流Ic。因此，过电流保护装置的断开容量被选择成比电控开关要高。按照这种方式，确保从不超过电控开关的断开容量，即，确保电控开关不能被过电流破坏。换言之，为了防止熔断电控开关，思路是要等待过电流保护装置烧断之后再打开电控开关，即，在过电流保护装置已经烧断之后的时间t打开电控开关。按照这种方式，防止电控开关免受通过过电流所发生的损坏。术语过电流可涉及充电系统以及与其连接的装置(例如电动交通工具、连接充电系统和电动车的电缆、电力网等)的过电流、短路、故障和/或失灵。

[0008] 电动交通工具(缩写为EV，并且又称作电驱动交通工具或电动交通工具)将一个或多个电马达或牵引马达用于推进。EV可包括公路和轨道交通工具、水面和水下船只、电动飞行器和电动航空器。术语打开或关断和/或闭合或接通表示电连接例如通过过电流保护装置或电控开关来中断和/或建立。术语最大开关电流Imax要被理解为在破坏或损坏电控开关的情况下的能够通过电控开关来切换的最大电流，例如理解为电控开关的每接触的所设计的负载电流。断路电流Ib要被理解为使过电流保护装置关断的电流。电池优选地作为DC电池来提供。

[0009] 按照优选实施例，控制装置配置用于测量充电电流Ic，并且用于在充电电流Ic已经超过标称电流IN或断路电流Ib时关断电控开关。优选地，控制装置包括电流路径中布置的安培计，所述安培计用于测量充电电流Ic。能够有可能例如在将在电动交通工具与充电系统内提供的充电装置相连接的电缆处、在电动交通工具的电池处直接地测量电动交通工具内的充电电流Ic。能够例如通过将开关信号从控制装置发送给电控开关进行关断电控开关。

[0010] 按照另一个优选实施例，过电流保护装置的特征在于允许通过的能量I2t，以及时间t为允许通过的能量I2t除以断路电流Ib的平方，t=I2t/Ib2。因此，例如，如果I2t等于120 kA2s，并且断路电流Ib等于200 A，则时间t为3秒。允许通过的能量I2t（即，安培平方秒）通常要被理解为与因电流引起的电路能量相关的表达。关于过电流保护装置和/或电路断路器，优选地对于在故障电流的开始与过电流保护装置和/或电路断路器的清除之间的电流流动来表达允许通过的能量I2t。对于保护电控开关免受因过电流引起的损坏，等待所述时间t=I2t/Ib2已经证明是非常有利的。

[0011] 按照另一个优选实施例，充电系统包括电动交通工具以及配置用于对电动交通工具进行充电的充电装置，由此电动交通工具和/或充电装置包括过电流保护装置，并且充电装置包括电控开关和控制装置。充电装置优选地作为具有例如50 kW DC快速充电能力的DC充电器来提供，因而允许以125 A的200-500 V(Combo-1)或者以120 A的50-500 V(CHAdeMO)的输出电压在15分钟内的30至80%的典型充电，和/或所述充电装置可满足用于充电端口的EN61851-23/DIN 70121 Combo-1和/或CHAdeMO 1.0 DC连接标准。

[0012] 按照另一个优选实施例，电控开关和过电流保护装置串联连接在电动交通工具与充电装置之间。优选地，电控开关和过电流保护装置在充电装置的壳体内提供。

[0013] 按照另一个优选实施例，充电系统包括电缆，所述电缆配置用于电连接电动交通工具和充电装置以传导充电电流Ic。电缆可包括连接器，所述连接器用于连接到电动交通工具以及充电装置的充电端口的接口。

[0014] 按照另一个优选实施例，电控开关作为接触器来提供。接触器是用于切换电功率电路的电控开关，并且通常通过具有比开关电路要低的功率级的电路来控制。

[0015] 按照另一个优选实施例，过电流保护装置作为熔断器或者作为电路断路器来提供，和/或过电流保护装置的特征在于电流时间图，由此，时间t对应于断路电流Ib。电路断路器是自动操作的电气开关，所述自动操作的电气开关设计成保护由充电系统所形成的电路免受由过电流或过负载或短路所引起的损坏。一旦充电电流Ic已经超过标称电流IN或断路电流Ib，电路断路器便在电路断路器的保护继电器已检测到故障之后中断和/或关断充电电流Ic的电流路径。熔断器按照类似方式进行工作，但是包括金属线或金属条，所述金属线或金属条在过多电流流经其中时熔融，由此中断充电电流Ic的电流路径。

[0016] 按照另一个优选实施例，充电系统包括多个功率转换器，所述多个功率转换器配置用于把来自诸如电力网之类的功率源的电能转换成用于对电动交通工具进行充电的适当格式。按照另一个优选实施例，多个功率转换器各自具有配置用于连接到功率源的AC侧以及配置用于向电动交通工具的电池提供电能的DC侧，由此过电流保护装置布置在多个功率转换器的AC侧上和/或在DC侧上。功率转换器优选地配置用于把来自连接到AC侧的功率源的AC功率转换成用于在DC侧处对电动交通工具进行充电的适当DC格式。

[0017] 按照另一个优选实施例，过电流保护装置、电控开关和/或控制装置包括通信装置，所述通信装置配置用于与至少电动交通工具交换与断路电流Ib、最大开关电流Imax、允许通过的能量I2t、充电电流Ic和/或时间t有关的信息。优选地，这种控制装置安装在过电流保护装置、电控开关、控制装置和电动交通工具的每个处，由此允许所述信息的容易的交换。

[0018] 按照另一个优选实施例，充电系统包括多个充电端口，所述多个充电端口各自包括用于与至少一个电动交通工具进行能量交换的接口。充电端口(又称作电源插座)可包括作为接口的JARI Level 3 DC连接器。按照另外的优选实施例，最大开关电流Imax大于断路电流Ib。

[0019] 本发明的目的还通过一种用于在利用充电电流Ic对电动交通工具的电池进行充电时保护电控开关的方法来解决，由此充电系统的特征在于标称电流IN，所述充电系统包括：过电流保护装置，其特征在于关断过电流保护装置的断路电流Ib，由此Ib≥IN；以及电控开关，其特征在于切换最大开关电流Imax，由此电控开关和过电流保护装置串联连接，并且布置在充电电流Ic的电流路径中，该方法包括下列步骤：检测充电电流Ic是否已经超过标称电流IN或者过电流保护装置是否因充电电流Ic已经超过断路电流Ib而已经关断，以及
在这种情况下，在充电电流Ic已经超过标称电流IN之后或者在过电流保护装置已经关断之后的时间t>0来关断电控开关。

[0020] 因此，该方法的要点是要通过等待过电流保护装置由于过电流而关断并且此后在过电流保护装置已经关断之后的时间t打开电控开关来保护电控开关免受过电流的损坏或破坏。如果充电电流Ic超过标称电流IN，则过电流发生，由此使过电流保护装置关断。

[0021] 按照另外的优选实施例，过电流保护装置的特征在于允许通过的能量I2t，以及时间t为允许通过的能量I2t除以断路电流Ib的平方，t=I2t/Ib2。

[0022] 该方法的另外的实施例和优点由本领域的技术人员从上述系统直接且明确得出。附图说明

[0023] 根据以下所述实施例，本发明的这些方面及其它方面将是明显的，并且参照以下所述实施例，本发明的这些方面及其它方面将被说明。

[0024] 在附图中：图1以示意图的形式示出按照本发明的优选实施例的充电系统。

具体实施方式

[0025] 图1以示意图的形式示出按照本发明的优选实施例的充电系统，所述充电系统包括多个功率转换器1，即，三个功率转换器1，多个功率转换器1各自配置用于把来自诸如电力网之类的功率源2的电能转换成用于对电动交通工具3进行充电的适当格式。

[0026] 每个功率转换器1包括连接到功率源2的AC侧4以及连接到充电装置6的DC侧5。虽然图1仅示出一个充电装置6，但是多个充电装置6能够是存在的，并且连接到功率转换器1的一个或多个。如图中所示，充电装置6电连接到两个功率转换器1。术语连接的要被理解为电连接的。

[0027] 充电装置6包括过电流保护装置7、电控开关8和控制装置9。过电流保护装置7和电控开关8串联布置在连接到充电装置6的功率转换器1与DC电缆10之间，所述DC电缆10将电动交通工具3的DC电池11与充电装置6相连接以用于传导充电电流Ic。按照这种方式，过电流保护装置7和电控开关8布置在充电电流Ic的电流路径中。过电流的可能来源是电动交通工具3的电池。

[0028] 充电装置6还包括用于连接DC电缆10的多个充电端口12，由此每个充电端口11包括接口13，例如插口。充电装置6的电流额定值小于或等于充电端口12和/或接口13的电流额定值。在未示出的备选实施例中，过电流保护装置7能够布置在AC侧4上，或者多个过电流保护装置7能够布置在AC侧4上和在DC侧5上两者。

[0029] 过电流保护装置7作为熔断器或者作为电路断路器来提供，并且其特征在于断路电流Ib和允许通过的能量I2t。如果充电电流Ic超过断路电流Ib，则过电流保护装置7关断、即“烧断”，并且因而中断电动交通工具3的充电。电控开关8作为接触器来提供，并且其特征在于大于断路电流Ib的最大开关电流Imax。

[0030] 控制装置9与过电流保护装置7和电控开关8进行电连接。按照这种方式，过电流保护装置7、电控开关8、电动交通工具3和控制装置9各自包括通信装置14，所述通信装置14配置用于交换与下面解释的断路电流Ib、最大开关电流Imax、允许通过的能量I2t、充电电流Ic和时间t有关的信息。

[0031] 如果充电电流Ic超过断路电流Ib，则首先关断过电流保护装置7。控制装置9配置用于在过电流保护装置7已经关断之后或者在充电电流Ic已经超过充电系统和/或充电装置6的标称电流IN之后的时间t>0来关断电控开关8。因此，控制装置9配置成测量充电电流Ic。时2
间t由控制装置9来计算为过电流保护装置7的允许通过的能量I t除以断路电流Ib的平方，即，计算为t=I2t/Ib2。

[0032] 因此，为了防止电控开关8因过电流或失灵引起的熔断，控制装置9首先“等待”直到过电流保护装置7关断，并且其次在此后的时间跨度t，打开和/或关断电控开关8。例如，2 2
在It=120 kAs和Ib=200 A的情况下，时间t为3秒。因此，在本示例的情况下，如果过电流已经发生，例如，如果充电电流Ic已经超过断路电流Ib，则过电流保护装置7关断，并且由此中断电动交通工具的充电。此后3秒，控制装置9使电控开关8关断。由此，保护电控开关8免受因过电流引起的断开。

[0033] 虽然在附图和以上描述中详细图示和描述了本发明，但是这种图示和描述被认为是说明性的或示范性的而不是限制性的；本发明并不局限于所公开的实施例。根据研究附图、本公开和所附权利要求书，在实施要求保护的本发明中由本领域的技术人员能够理解并且实现对所公开的实施例的其它变化。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，以及不定冠词“一个”（“a”或者“an”）并不排除多个。在互不相同的从属权利要求书中陈述某些措施的纯粹事实并不指示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求书中的任何参考符号不应当被理解为限制范围。

[0034] 参考符号列表1   功率转换器
2   功率源
3 电动交通工具
4 AC侧
5 DC侧
6 充电装置
7 过电流保护装置
8 电控开关
9 控制装置
10  电缆
11  电池
12  充电端口
13  接口
14  通信装置。

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