FASSNACHT, Jochen (Justinus-Kerner-Str. 4, Calw, 75365, DE)
MIKULEC, Dragan (Khunngasse 7/21, Wien, A-1030, AT)
MORRISON, Philipp (Rettistr. 2, Ludwigsburg, 71636, DE)
GASE, Stephan (Schoenblick Str. 18, Tiefenbronn, 75233, DE)
FASSNACHT, Jochen (Justinus-Kerner-Str. 4, Calw, 75365, DE)
MIKULEC, Dragan (Khunngasse 7/21, Wien, A-1030, AT)
MORRISON, Philipp (Rettistr. 2, Ludwigsburg, 71636, DE)
| Ansprüche 1. Verfahren zur Bestimmung einer Temperaturänderung einer Stromzuleitung (10) eines Ladegerätes (11), das eine Elektronik (12) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Eingangsimpulses (14) und eine Auswerteelektronik (13) zur Ermittelung einer Impulsform aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem ersten Schritt der elektromagnetische Eingangsimpuls (14) in die Stromzuleitung eingekoppelt wird, wobei der elektromagnetische Eingangsimpuls in der Stromzuleitung reflektiert werden kann und der reflektierte Teil als reflektierter elektromagnetischer Ausgangsimpuls (15) in das Ladegerät zurückkehrt, - in einem zweiten Schritt die Impulsform des reflektierten elektromagnetischen Ausgangsimpulses (15) ermittelt wird, - in einem dritten Schritt die Impulsform des reflektierten elektromagnetischen Ausgangsimpulses (15) mit einer Referenzimpulsform (16) des reflektierten Referenzimpulses verglichen wird, und - in einem vierten Schritt die Temperaturänderung aus dem Vergleich der beiden Impulsformen ermittelt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem vorgegebenen Zeitpunkt eines Ladevorgangs die Impulsform des reflektierten elektromagnetischen Ausgangsimpulses (15) als Referenzimpulsform (16) im Ladegerät hinterlegt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Zeitpunkt des Ladevorgangs dem Beginn des Ladevorgangs entspricht. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Maß für die Impulsform die Impulsdauer ( I _t R) und/oder die Impulsamplitude (l_AR) und/oder das aus einer Spektralanalyse erhaltene Spektrum (31) verwendet wird. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzimpulsform zu Beginn des Ladevorgangs der Temperatur der Stromzuleitung zugeordnet wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Eingangsimpuls (14) niederenergetisch ist. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein niederenergetischer elektromagnetischer Eingangsimpuls (14) eine Spannung von 30 V oder weniger aufweist. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkopplung der Eingangsimpulse (14) in die Stromzuleitung in einer zeitlichen Reihenfolge derart erfolgt, dass eine Zuordnung des Eingangsimpulses (14) zum reflektierten Ausgangsimpuls (15) möglich ist. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestrom reduziert wird, wenn ein definierter Temperaturbereich überschritten wird. 10. Ladegerät (11) zum Laden eines Elektrofahrzeuges (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. |
Überwachung der Temperaturänderung am Ladekabel
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
Verschiedenartige Verfahren zur Bestimmung von Temperaturänderungen in Stromzuleitungen sind bekannt, beispielsweise aus der US 2006/0289463 AI. Die Kenntnis der Temperaturänderung in Stromzuleitungen ist beispielsweise für den Ladevorgang von Elektrofahrzeugen notwendig.
Bei der bekannten Bestimmung von Temperaturänderungen in Stromzuleitungen ist nachteilig, dass Änderungen der Temperatur mit Hilfe von Sensoren gemessen werden, die an einem bestimmten Ort der Stromzuleitung lokalisiert sind und nur an diesem speziellen Ort die Änderungen der Temperatur erfassen. Wird beispielsweise ein Elektrofahrzeug am öffentlichen Stromnetz über den
Hausanschluss geladen, kommt es innerhalb der Stromzuleitungen über einen längeren Zeitraum zu hohen Ladeströmen. Da keine homogene Infrastruktur des privaten Stromnetzes existiert, und Stromzuleitungen sich beispielsweise durch Kabeldurchmesser, Art der Verlegung, Absicherung der Leitungen unterscheiden, kann es bei hohen Strömen in den Stromzuleitungen lokal zu starker
Hitzeentwicklung kommen, und es entstehen Brand- und Verletzungsgefahren. Außerdem sind Stromzuleitungen des öffentlichen Stromnetzes häufig innerhalb von Hauswänden verlegt und somit für Messungen durch Sensoren nicht zugänglich. Somit können Temperaturänderungen mittels Sensoren nicht an allen Punkten der Stromzuleitung erfasst werden. Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es eine Überwachung von Temperaturänderungen in
Stromzuleitungen eines Ladegerätes ermöglicht, wobei Temperaturänderungen innerhalb der gesamten Stromzuleitungen erfasst werden können.
Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Elektronik des Ladegerätes in einem ersten Schritt einen elektromagnetischen Eingangsimpuls erzeugt, der in die Stromzuleitung des Ladegerätes eingekoppelt wird. Dieser Eingangsimpuls wird in der Stromzuleitung an Orten hoher Temperatur reflektiert, wobei der reflektierte Teil als reflektierter elektromagnetischer Ausgangsimpuls in das Ladegerät zurückkehrt. In einem zweiten Schritt wird die Impulsform des reflektieren elektromagnetischen Ausgangsimpulses ermittelt und in einem dritten Schritt mit einer Referenzimpulsform des reflektierten Referenzimpulses verglichen. Die Temperaturänderung wird schließlich in einem vierten Schritt aus dem Vergleich der Ausgangsimpulsform und der Referenzimpulsform ermittelt. Wird dieses Verfahren in Ladegeräten für das Laden von Batterien in
Elektrofahrzeugen angewendet, kann der Ladevorgang vorteilhaft mit maximal möglichem Strom erfolgen, ohne dass die lokalen Einschränkungen des häuslichen Stromnetzes berücksichtigt werden muss. Der Ladevorgang kann unabhängig von der lokal zur Verfügung stehenden Infrastruktur des häuslichen Stromnetzes optimal ausgeführt werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Die Impulsform des reflektierten elektromagnetischen Ausgangsimpulses wird vorteilhaft zu Beginn des Ladevorgangs als Referenzimpulsform im Ladegerät hinterlegt, da die Temperatur zu Beginn niedrig ist und dann im Laufe des
Ladevorgangs ansteigt. Die Referenzimpulsform ist somit der Temperatur der Stromzuleitung zu Beginn des Ladevorgangs zugeordnet, die üblicherweise Umgebungstemperatur ist, und kann vorteilhaft herbeigezogen werden, um aus dem Vergleich zwischen reflektierter Ausgangsimpulsform und
Referenzimpulsform die Temperaturänderung der Stromzuleitung zu ermitteln.
Weiterhin wird vorteilhaft als Maß für die Impulsform die Impulsdauer und
Impulsamplitude oder das aus einer Spektralanalyse erhaltene Impulsspektrum verwendet. Aufgrund der Temperaturänderung der Stromzuleitung erfährt die Impulsform des elektromagnetischen Eingangsimpulses nach Reflexion in der Stromzuleitung Änderungen bezüglich der Impulsdauer, der Impulsamplitude und des Impulsspektrums, die vorteilhaft als Maß für die Temperaturänderung herbeigezogen werden. Eine erste Möglichkeit zur Ermittelung der
Temperaturänderung der Stromzuleitung ist der Vergleich der Impulsdauer und/oder der Impulsamplitude des reflektierten elektromagnetischen
Ausgangsimpulses und des elektromagnetischen Referenzimpulses. Eine weitere Möglichkeit zur Ermittelung der Temperaturänderung der Stromzuleitung ist der Vergleich des aus einer Spektralanalyse erhaltenen Impulsspektrums des reflektierten elektromagnetischen Ausgangsimpulses und des
elektromagnetischen Referenzimpulses.
Der elektromagnetische Eingangsimpuls, der zur Ermittelung der
Temperaturänderung in die Stromzuleitung eingekoppelt wird, ist vorteilhaft niederenergetisch und weist eine Spannung in einem Spannungsbereich kleiner gleich 30 Volt (DC) auf. Einerseits wird damit erreicht, dass die im Ladegerät und an der Stromzuleitung befindliche Elektronik nicht geschädigt wird. Andererseits wird gewährleistet, dass die niederenergetischen elektromagnetischen
Eingangsimpulse kostengünstig und einfach erzeugbar sind.
Die Einkopplung der Eingangsimpulse in die Stromzuleitung erfolgt vorteilhaft in einer zeitlichen variierenden Reihenfolge (Muster), die sich innerhalb des
Zeitraums, der für die Reflexion erforderlich ist, nicht wiederholt.
Somit kann ein in der Stromzuleitung reflektierter elektromagnetischer
Ausgangsimpuls einem in die Stromzuleitung eingekoppelten Eingangsimpuls eindeutig zugeordnet werden, aus dem er aufgrund der Reflexion in der
Stromzuleitung entstanden ist. Durch die Variation in der zeitlichen Reihenfolge der Eingangsimpulse sind vorteilhaft Informationen über Laufzeiten und den Ort der Reflexion der Eingangsimpulse zugänglich.
Wird durch Vergleich der reflektierten elektromagnetischen Ausgangsimpulsform mit der Referenzimpulsform festgestellt, dass während des Ladevorgangs ein definierter Temperaturbereich überschritten wird, wird der Ladestrom vorteilhaft reduziert. Somit können Brand- und Verletzungsgefahren beim Ladevorgang vermieden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung schematische den
Ladevorgang eines Elektrofahrzeuges;
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer über der Zeit
aufgetragenen Eingangsimpulsform und einer reflektierten
elektromagnetischen Ausgangsimpulsform;
Figur 3 stellt schematisch ein Beispiel für ein mögliches Spektrum eines
Eingangsimpulses und eines reflektierten elektromagnetischen Ausgangsimpulses über der Frequenz aufgetragen dar.
Ausführungsformen der Erfindung Die Figur 1 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch den
Ladevorgang einer Batterie (Batterie nicht explizit dargestellt) in einem Fahrzeug 17, beispielsweise einem Elektrofahrzeug. Ein für den Ladevorgang verwendetes Ladegerät 11 weist eine Elektronik 12 zur Erzeugung eines niederenergetischen, elektromagnetischen Eingangsimpulses 14 im Spannungsbereich kleiner gleich 30 V (DC) und eine Auswerteelektronik 13 zur Ermittelung einer Impulsform auf. Das Ladegerät 11 ist einerseits über eine Stromzuleitung 10 mit der Stromversorgung 20 eines Hauses 18 und andererseits über eine Stromzuleitung 19 mit einem Elektrofahrzeug 17 verbunden. Der im ersten Verfahrensschritt in die
Stromzuleitung 10 eingekoppelte Eingangsimpuls 14 wird an Stellen hoher
Temperatur in der Stromzuleitung 10 reflektiert und der reflektierte Teil kehrt als reflektierter elektromagnetischer Ausgangsimpuls 15 in das Ladegerät 11 zurück. Dabei kann der Eingangsimpuls 14 in der Stromzuleitung 10 unter anderem an Orten hoher Temperatur, an denen der ohmsche Widerstand der Stromzuleitung steigt, reflektiert werden. Dabei ist die Temperaturänderung eine Folge von zu hohen Stromstärken in der Stromzuleitung 10.
Zu Beginn des Ladevorgangs weist die Stromzuleitung 10 eine Temperatur auf, bei der keine Brand- oder Verletzungsgefahr durch Überhitzung besteht. Die Impulsform eines ersten reflektierten elektromagnetischen Ausgangsimpulse 15 wird als Referenzimpulsform 16 im Ladegerät 11 hinterlegt. Die
Referenzimpulsform 16 stellt somit eine Referenz für eine reflektierte
Ausgangsimpulsform dar, bei der die Temperatur der Stromzuleitungen in einem gefahrlosen Bereich liegt. Diese Referenzimpulsform 16 wird somit der
Temperatur der Stromzuleitungen zu Beginn des Ladevorgangs zugeordnet und kann als Vergleichsmaßstab für die während des Ladevorgangs reflektierten Ausgangsimpulsformen verwendet werden, um aus deren Vergleich mit der Referenzimpulsform eine mögliche Temperaturänderung der Stromzuleitung 10 zu ermitteln. Es wird als elektromagnetischer Eingangsimpuls ein niederenergetischer Impuls verwendet, der eine Spannung in einem Spannungsbereich kleiner gleich 30 Volt aufweist.
Die Einkopplung der Eingangsimpulse 14 kann zusätzlich in einer zeitlichen Reihenfolge so erfolgen, dass der am Ladegerät 11 ankommende, reflektierte
Ausgangsimpuls 15 dem Eingangsimpuls 14 zugeordnet werden kann, aus dem er aufgrund der Reflexion in der Stromzuleitung 10 entstanden ist. Die zeitliche Reihenfolge der eingekoppelten Eingangsimpulse 14 erfolgt in Form verschiedener Muster, die sich innerhalb des Zeitraums, der für die Reflexion erforderlich ist, nicht wiederholen. Stellt sich aufgrund des Vergleichs der
Impulsformen des reflektierten Ausgangsimpulses 15 und des Referenzimpulses 16 heraus, dass ein definierter Temperaturbereich innerhalb des Ladevorgangs überschritten wird, wird der Ladestrom reduziert.
Die Figur 2 zeigt schematisch ein Beispiel einer über der Zeit t aufgetragenen Referenzimpulsform 21 und eine mögliche reflektierte elektromagnetische
Ausgangsimpulsform 22. Die Referenzimpulsform 21 weist eine
Referenzimpulsamplitude l_A und eine Referenzimpulsdauer l_t auf. Die reflektierte Ausgangsimpulsform 22 weist eine Ausgangsimpulsamplitude l_AR und Ausgangsimpulsdauer l_tR auf. Der in die Stromzuleitung 10 eingekoppelte Eingangsimpuls 14 kann in der Stromzuleitung 10 reflektiert werden. Der reflektierte Teil kehrt als reflektierter elektromagnetischer Ausgangsimpuls 15 in das Ladegerät 11 zurück. Die Reflexion des Eingangsimpulses 14 innerhalb der Stromzuleitung 10 findet bevorzugt an Orten hoher Temperatur, durch die der ohmsche Widerstand der Stromzuleitung 10 steigt, statt und ist eine Folge zu hoher Stromstärken in der Stromzuleitung 10. Zu Beginn des Ladevorgangs weist die Stromzuleitung 10 eine Temperatur auf, bei der keine Brand- oder
Verletzungsgefahr besteht. In diesem Fall wird die Impulsform eines der ersten geeigneten reflektierten elektromagnetischen Ausgangsimpulse 15 als
Referenzimpulsform 16 im Ladegerät hinterlegt. Von dieser Referenzimpulsform 16 wird in der Auswerteelektronik 13 die Referenzimpulsdauer l_t und die
Referenzimpulsamplitude l_A bestimmt. Im Verlauf des Ladevorgangs wird von dem jeweils am Ladegerät 11 ankommenden reflektierten elektromagnetischen Ausgangsimpuls 15 die Ausgangsimpulsdauer l_tR und die
Ausgangsimpulsamplitude l_AR bestimmt. Die Dauer l_tR und/oder Amplitude l_AR der reflektierten Ausgangsimpulsform 15 ändern sich infolge der Reflexion an Orten steigender Temperatur innerhalb der Stromzuleitung 11. Durch Vergleich der Ausgangsimpulsamplitude l_AR mit der Referenzimpulsamplitude l_A und/oder durch Vergleich der Referenzimpulsdauer l_t mit der
Ausgangsimpulsdauer l_At kann auf die Temperaturänderung rückgeschlossen werden. Stellt sich aufgrund des Vergleichs der Impulsdauern und/oder Impulsamplituden des reflektierten Ausgangsimpulses 15 und des Referenzimpulses 16 heraus, dass ein definierter Temperaturbereich innerhalb des Ladevorgangs überschritten wird, wird der Ladestrom reduziert. Die Figur 3 zeigt als weiteres Beispiel schematisch ein über der Frequenz aufgetragenes mögliches Referenzimpulsspektrum 30 und ein mögliches
Ausgangsimpulsspektrum 31 des reflektierten elektromagnetischen
Ausgangsimpulses des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der Referenzimpuls 16 weist ein Referenzimpulsspektrum 30 auf. Die reflektierte Ausgangsimpulsform 22 weist eine Ausgangsimpulsspektrum 31 auf. Der in die Stromzuleitung 10 eingekoppelte Eingangsimpuls 14 kann in der Stromzuleitung 10 reflektiert werden. Der reflektierte Teil kehrt als reflektierter
elektromagnetischer Ausgangsimpuls 15 in das Ladegerät 11 zurück. Die
Reflexion des Eingangsimpulses 14 innerhalb der Stromzuleitung 10 findet bevorzugt an Orten hoher Temperatur, durch die der ohmsche Widerstand der Stromzuleitung 10 steigt, statt. Die Temperaturänderung ist eine Folge zu hoher Stromstärken in der Stromzuleitung 10. Zu Beginn des Ladevorgangs weist die Stromzuleitung 10 eine Temperatur auf, bei der keine Brand- oder
Verletzungsgefahr besteht. In diesem Fall wird die Impulsform eines der ersten geeigneten reflektierten elektromagnetischen Ausgangsimpulse 15 als
Referenzimpulsform 16 im Ladegerät hinterlegt. Von dieser Referenzimpulsform 16 wird in der Auswerteelektronik 13 das Referenzimpulsspektrum 30 bestimmt und ebenfalls im Ladegerät hinterlegt. Im Verlauf des Ladevorgangs wird von dem jeweils am Ladegerät 11 ankommenden reflektierten elektromagnetischen Ausgangsimpuls 15 das Ausgangsimpulsspektrum 31 bestimmt. Das
Ausgangsimpulsspektrum 31 der reflektierten Ausgangsimpulsform 15 ändert sich infolge der Reflexion an Orten steigender Temperatur innerhalb der
Stromzuleitung 11. Durch Vergleich des Ausgangsimpulsspektrums 31 mit dem Referenzimpulsspektrum 30 kann auf die Temperaturänderung rückgeschlossen werden. Stellt sich aufgrund des Vergleichs der Spektren des reflektierten
Ausgangsimpulses 15 und des Referenzimpulses 16 heraus, dass ein definierter Temperaturbereich innerhalb des Ladevorgangs überschritten wird, wird der Ladestrom reduziert.