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CN108469550A - 用于确定充电装置的接地线电阻的装置和方法 - Google Patents

用于确定充电装置的接地线电阻的装置和方法 Download PDF

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CN108469550A CN201810154929.8A CN201810154929A CN108469550A CN 108469550 A CN108469550 A CN 108469550A CN 201810154929 A CN201810154929 A CN 201810154929A CN 108469550 A CN108469550 A CN 108469550A
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Abstract

本发明涉及一种对于充电装置的接地线电阻的测量，其中，充电装置构造为具有相线(L)、中性线(N)、接地线(PE)以及电流互感器(W)。在此，相线(L)、中性线(N)和接地线(PE)被引导通过电流互感器(W)，从而接地线(PE)形成围绕电流互感器(W)的绕组。相线(L)借助第一连接(V1)经由第一电阻(R)与接地线(PE)连接，其中这两条导线的两个连接点被布置在互感器(W)的不同侧上。

Description

用于确定充电装置的接地线电阻的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定充电装置的接地线电阻的装置和方法。
背景技术
随着私人交通设施的电气化日益增多，需要可以对汽车内的电池进行充电的设备。为了通过多功能电源接头进行充电，设置所谓的充电线缆，其在充电过程中将(例如在车库区域中的)电源与汽车彼此连接。对于电流供应，供电线缆通常配备有相线、中性线和接地线。充电过程中所需的控制和通信的电子器件例如借助插入电缆中的模块来提供。这种模块具有例如所谓的“线缆内控制和保护装置”(IC-CPD)的形式。固定集成在充电线缆中的这种IC-CPD装置控制保护线连接并且例如向汽车传输充电电流上限。在故障情况或停电时，充电过程立即被中断，从而保护用户和电动汽车。集成在充电线缆中的模块的控制和通信特性通常被标准化，例如按照标准IEC 62752(用于电动道路汽车的模式2充电的线缆内控制和保护装置(IC-CPD))。
对于模式3的线缆一般规定标准，以检查是否存在地线或保护线。为此目的设计的装置例如在DE 102012219542 A1和DE 202012012590 U1中公开。除此之外，为了检查符合规定的充电过程的条件力求确定地线的电阻值。在此，在该测量中或许不知道充电线缆的哪条导线在特定的充电过程中是相线，哪条是中性线。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，能够借助充电线缆确定充电中的接地线电阻值。
该技术问题通过根据本发明的用于确定充电装置的接地线电阻的装置和借助根据本发明的装置来确定充电装置的接地线电阻的方法来解决。
本发明还给出了有利的扩展。
根据本发明提出了一种用于测量充电装置的接地线电阻的装置。在此，充电装置配备有相线，中性线和接地线。充电线缆可以具有多于三条导线。特别地，也可以设置三条相线，即本发明的内容还包括具有多于三条导线的充电线缆。此外，充电线缆构造为具有电流互感器(通常为总和电流互感器)，相线、中性线和接地线被引导通过该电流互感器。在此，接地线的实施被设计为其形成围绕电流互感器的绕组。这种配置例如借助故障电流保护开关(RCD，FI保护开关)用于充电线缆中的保护，例如在DE 102012219457 A1中公开的。为了确定接地线电阻的值，相线借助第一连接经由第一电阻与接地线连接。在此，在该第一连接中两条导线(相线，接地线)的两个连接点被布置在互感器的不同侧上，从而由该第一连接和两条导线形成的电流回路被引导通过互感器。然后根据借助互感器测量的电流可以确定接地线电阻的值。在此有利的是，可以部分地使用通常属于已经存在的充电线缆的保护装置(例如故障电流保护电路)的组件(特别是互感器)。
根据一种扩展，中性线借助第二连接经由第二电阻与接地线连接，该第二电阻优选具有与第一电阻相同的电阻值。在此，两条导线的两个连接点被布置在互感器的不同侧。通过这种方式，即使不知道哪条导线是相线，哪条导线是中性线也，能够确定接地线电阻。第一连接和第二连接在此可以在部分段上重合。
根据本发明内容的实施，第一连接以及可能的(如果存在)第二连接分别配备有开关(例如以光电隔离开关或继电器的形式)。
另一种实施规定，接地线形成围绕电流互感器的多匝绕组(优选两匝)。
本发明内容的扩展规定，中性线借助另外的连接与接地线连接，其中两条导线的两个连接点被布置在互感器的同一侧(优选地在电源的一侧)。在该实施中，相线同样地也可以借助另外的连接与接地线连接，其中两条导线的两个连接点被布置在互感器的同一侧(优选地在电源的一侧)。这两个另外的连接可以在部分段上重合。通过这种扩展，可以在不知道在第一或第二连接中插入的电阻的值的情况下确定接地线电阻。归因于此的不准确性(第一和第二连接的电阻值的偏差，温度漂移等)因此被消除。
根据一种扩展，另一个连接或另外的连接分别配备有开关(例如以光电隔离开关或继电器的形式)。
本发明的内容还包括具有根据本发明的装置的充电线缆。本发明还可以用于便携式故障电流保护开关装置(例如便携式RCD)。
此外，提出了一种借助根据本发明的装置来确定充电装置的接地线电阻的方法。在此，测量流过互感器的电流并且借助该测量值、例如借助测量的电流的值、第一或第二电阻的值以及施加在充电装置的导线上的电压的值来确定接地线电阻。
如果相线未知，则可以在该方法的扩展过程中通过选择性接通第一和/或第二连接，借助检查流过互感器的电流来确定相线。
根据该方法的扩展首先接通另外的连接。然后对流过互感器的电流进行第一测量。随后接通第一或第二连接并且对流过互感器的电流进行第二测量。最后借助在第一和第二测量时流过的电流的值以及施加在充电设备的导线上的电压的值确定接地线电阻。根据一种实施，为第一测量接通的另外的连接将中性线与接地线连接，并且为第一测量接通第一和第二连接中将相线与接地线连接的那个连接。此外，也可以设置通过选择性接通第一和/或第二连接借助检查流过互感器的电流来识别中性线。
附图说明
下面在实施例的范围内参照附图对本发明内容进行更详细的解释。附图中：
图1示出了具有根据本发明的装置的充电线缆的示意图，
图2示出了根据本发明的第一种方法，以及
图3示出了根据本发明的第二种方法。
具体实施方式
图1示意性的示出了用于电动汽车的能量供应的充电线缆。在左侧示出了电源Q。该电源例如位于建筑物的能量供应中，其通过与充电线缆的插头连接使用。在右侧示意性示出了电动汽车EF。在充电过程中，该电动汽车与充电线缆连接。电动汽车的电流供应借助相线L、中性线N和接地线PE进行。例如包括总和电流互感器W和用于断开和接通导线的接触K的充电导线的电子器件被布置在模块IC-CPD中。
下面描述在本发明的过程中与传统技术相比新设置的元件。设置在相线L和接地线PE之间的连接V1，以及在中性线N和接地线PE之间的连接V2，其分别包括电阻R1或R2以及开关S1或S2。两个电阻R1和R2的值彼此对应。开关S1和S2例如借助光电隔离开关或继电器实现。两个连接V1和V2与导线的连接点被布置在互感器的不同侧。
此外，设置在相线L和接地线PE之间的另外的连接V3以及在中性线N和接地线PE之间的另外的连接V4，其分别包括开关S3或S4。开关S3和S4例如借助继电器实现。两个连接V3和V4与导线的连接点被布置在互感器的相同一侧。
接地线电阻PE的测量借助互感器W进行。一种有利的实施方式是使用互感器W，其中，接地线电阻PE两次引导通过互感器W。为了测量接地线电阻PE，相线L经由负载电阻R1与接地线PE连接。在此，与相线L的连接点和与接地线PE的连接点位于互感器W的不同侧(在图1中，参照能量供应的方向，与相线L的连接点在互感器W之前以及与接地线PE的连接点在互感器W之后——相反的配置同样也是可以的)。由此，电流IDi流过互感器W，该电流作为故障电流被故障电流保护装置采集并测量。接地线PE的电阻R1由下面的公式计算：
当使用具有两个PE绕组的互感器W时，适用下面的公式：
使用两个PE绕组的优点在于，可以更好地利用互感器W的测量范围，因为所测量电流是流过接地线PE的电流的两倍。对于在充电线缆中的通常作为故障电流保护装置使用的RCD，流过接地线PE的最大电流由RCD的15mA的不触发阈值限制。
因此在诸如IC-CPD的便携式保护装置中不知道哪条导线与中性线N连接，哪条导线与相线L连接，所以在图1中使用了两个负载电阻R1和R2。在此，其中一个与中性线N连接，另一个与相线L连接。
为了使电流不是持续流过接地线PE，电阻R1和R2通过光电耦合器或继电器与接地线PE连接。为了降低功耗和电阻大小，通过两个光电耦合器或光电隔离开关或继电器将两个电阻R1和R2断开是有意义的，由此使得电流不会持续在相线L和中性线N之间流动。
在没有关于哪条导线是相线L，哪条导线是中性线N的信息的情况下在图2中示出了根据本发明的方法。即在一个过程中示出，其中，开始不知道哪个导线是相线L以及哪个导线是中性线。在第一步骤V11中，至接地线PE的第一连接接通。在第二步骤V12中，测量流过互感器的电流IDi。如果检测到电流(询问Q)，则连接相线L，并且在下一个步骤V13中，根据上面给出的其中一个公式计算第一连接的所属的电阻R。随后，可以重新断开连接(步骤V14)，该方法结束(附图标记S)。如果相反，在步骤V12中没有测量到电流，则在询问Q之后重新断开第一连接(步骤V14)，然后建立另一条导线与接地线PE的第二连接(步骤V21)。在测量电流IDi(步骤V22)和计算所属的电阻R(步骤V23)之后，第二连接重新断开(步骤V24)，该方法结束(附图标记S)。
为了提高测量的精度并且补偿负载电阻R1和R2的容差，可以加入校准。(即，在这种情况下，与负载电阻R1和R2无关地进行接地线电阻RPE的确定。)为此，中性线N经由开关或继电器S3或S4与接地线PE连接，激活测量电路并且测量故障电流Ik。然后，断开继电器并且重复测量。两次测量的差给出PE连接的电阻，其如下计算：
为了在校准时不将相线L与接地线PE连接而产生短路，在继电器接通之前必须确定这两条导线的哪一条与中性线N连接。为此每个负载电阻单独与接地线PE连接。如果电流流过DI互感器，则可以认为该导线带电并且不允许与接地线PE连接。
该过程在图3中详细示出。在此两个连接V1和V2(通过开关S1和S2建立)被称为检测连接，以及两个连接V3和V4(通过开关S3和S4建立)被称为校准连接。在第一步骤V11中，建立第一检测连接并且测量故障电流(步骤V12)。如果没有故障电流流过(询问Q1)，可以认为检测连接将中性线N与接地线PE连接。在这种情况下，重新断开所接通的第一检测连接并且接通另外的第二检测连接(V30)。第二检测连接然后相线L与接地线PE连接。随后在步骤V31中，接通第一校准连接，即，校准连接与第一检测连接所连接的相同的导线连接，即，将中性线N与接地线PE连接。在下面的步骤V32中检测故障电流Ik。随后，接通第一校准连接和第二检测连接(步骤V33)并完成Ik的确定(附图标记S)。如果在询问Q1中检测到了电流，则断开第一检测连接(步骤V14)并且接通第二检测连接(步骤V21)。如果不再检查到故障电流，则第二检测连接将中性线N与接地线PE连接。在这种情况下，重新断开所接通的第二检测连接并且接通另外的第一检测连接(步骤40)。第一检测连接然后将相线L与接地线PE连接。随后在步骤V41中接通第二校准连接，即，校准连接与第二检测连接所连接的相同的导线连接，即，将中性线N与接地线PE连接。在下面的步骤V42中检测故障电流Ik。随后，接通第二校准连接和第一检测连接(步骤43)并且完成Ik的确定(附图标记S)。如果在询问Q2时还确定了故障电流，则重新断开第二检测连接(步骤V24)并且将默认值(default value)用于故障电流Ik。
与其他解决方法相比，通过应用DI互感器可以明显更低成本地实现接地电阻PE的测量。该应用在便携式RCD中也是可能的。

Claims (15)

1.一种用于测量充电装置的接地线电阻的装置，其中，充电装置构造为具有
-相线(L)
-中性线(N)
-接地线(PE)，和
-电流互感器(W)，
-相线(L)、中性线(N)和接地线(PE)被引导通过电流互感器(W)，其中，接地线(PE)形成围绕电流互感器(W)的绕组，以及
-相线(L)借助第一连接(V1)经由第一电阻(R)与接地线(PE)连接，其中两条导线的两个连接点被布置在互感器(W)的不同侧。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
-中性线(N)借助第二连接(V2)经由第二电阻(R)与接地线(PE)连接，其中两条导线(V1，V2)的两个连接点被布置在互感器(W)的不同侧。
3.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，第一连接(V1)和可能的第二连接(V2)配备有开关(S1，S2)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，接地线(PE)形成围绕电流互感器(W)的多匝绕组。
5.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，中性线(N)借助另外的连接(V4)与接地线(PE)连接，其中，两条导线的两个连接点被布置在互感器(W)的同一侧。
6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，相线(L)借助另外的连接(V3)与接地线(PE)连接，其中，两条导线的两个连接点被布置在互感器(W)的同一侧。
7.根据权利要求5和6中任一项所述的装置，其特征在于，另外的连接(V4)配备有开关(S4)，或者另外的连接(V3，V4)分别配备有开关(S3，S4)。
8.一种具有根据权利要求1至7中任一项所述的装置的充电线缆。
9.一种具有根据权利要求1至7中任一项所述的装置的便携式故障电流保护开关装置。
10.一种用于借助根据权利要求1至7中任一项所述的装置来确定充电装置的接地线电阻的方法，其特征在于，
-测量流经互感器(W)的电流，以及
-借助该测量值确定接地线电阻(PE)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，借助所测量的电流的值、第一或第二电阻(R)的值以及施加在充电装置的导线上的电压的值来确定接地线电阻。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的方法，其特征在于，
-利用根据权利要求2至7中任一项所述的装置确定接地线电阻，其中第一连接(V1)和第二连接(V2)配备有开关(S1，S2)，以及
-通过选择性地接通第一和/或第二连接(V1，V2)，借助检测流过互感器(W)的电流来识别相线(L)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，
-利用根据权利要求5至7中任一项所述的装置确定接地线电阻，其中连接配备有开关，
-接通另外的连接(V3，V4)，
-对流经互感器的电流进行第一测量，
-接通第一或第二连接(V1，V2)，
-对流经互感器(W)的电流进行第二测量，以及
-借助在第一和第二测量中流过的电流的值和施加在充电装置的导线上的电压的值来确定接地线电阻(PE)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，
-为第一测量接通的另外的连接将中性线(N)与接地线(PE)连接，以及
-为第一测量接通第一和第二连接中将相线(P)与接地线(PE)连接的那个连接。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，
-通过选择性地接通第一和/或第二连接(V1，V2)，借助检测流过互感器(W)的电流来识别中性线(N)。
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