电动车辆、充电站以及在车辆与站之间交换电力的方法与流程

车辆装置的制造及其改造技术电动车辆、充电站以及在车辆与站之间交换电力的方法1.本发明属于电动车辆领域，并且涉及对电动车辆的电池进行可逆充电。2.为了对电动车辆进行再充电，电动车辆上的充电插座通常经由充电电缆连接到充电站。因此，充电站将电力从其所连接的配电网传输到车辆。这种操作模式称为g2v(电网到车辆(grid-to-vehicle)的首字母缩略词)。充电站包括转换器，该转换器最常执行所谓的ac/dc转换，即从配电网上的ac电压转换为用于对车辆电池进行再充电的dc电压。3.充电站还可以可逆地使用，以允许电力从车辆发送到配电网。这种操作模式称为v2g(车辆到电网(vehicle-to-grid)的首字母缩略词)。因此，电动车辆用作电源。在电网有需要时，命令电动车辆的电池向配电网放电。为此，充电站配备有可逆转换器，该可逆转换器执行如上所述的关于对车辆进行再充电的ac/dc转换，或者执行被称为dc/ac转换的逆转换，即从由车辆电池输送的dc电压转换为电网的ac电压。4.v2g操作模式的变体可以在没有电网的情况下实施，以允许车辆向未连接到配电网的负载供电。这种变体称为v2h(车辆到家(vehicle-to-home)的首字母缩略词)。这种变体允许特别是在家庭环境中创建地区电网，该地区电网形成其上连接有有限数量的负载的岛。与配电网向站施加其电压和频率的v2g模式相比，充电站的转换器调节该地区电网的电压和频率。5.在各种操作模式下，车辆和站除了传输电力之外还交换操作数据。这种数据交换允许将站的转换器的dc输入电压调整为车辆电池的电压。更具体地，在v2g或v2h模式下，只有当车辆电池的电压与站的转换器的输入电压之间的差值小于给定差值(通常为20伏)时，电力才开始从电池传输到端子。如果不满足该条件，则会发生大量的电流消耗。这种电流消耗可能会损坏车辆的电池。6.站与车辆进行通信以交换允许对转换器的dc输入电压进行调整的数据。为此，站包括用于驱动转换器的驱动模块。当电网对车辆电池进行再充电或处于v2g模式下时，站及其驱动模块由配电网供电。在开始传输电力之前，可以在车辆与站之间交换数据。然而，在v2h操作模式下，只要车辆不向地区电网供电，地区电网通常就会停止工作。因此，地区电网无法向站、特别是站的驱动模块供电。在没有向驱动模块供电的情况下，无法建立车辆与站之间的数据通信。7.在某些标准、特别是chademo标准(该标准起源于日本并在欧洲广泛使用)中，连接车辆和站的电缆提供允许传输电力的大功率导体和启用低压电源的小功率导体，该低压电源可以用于从车辆向站的驱动模块供电。相比之下，在其他标准、特别是ccs标准(该标准也在欧洲广泛使用)中，未提供从车辆到站的低压电源，以防止在电力开始从车辆传输到站之前电力被供应到驱动模块。charin ev联盟推出了ccs(联合充电系统(combined charging system)的首字母缩略词)标准，该联盟由德国机动车辆制造商创立，比如bmw、daimler、opel和volkswagen。8.本发明通过允许电力开始从车辆传输到站(无论是在v2g模式下向站供电，还是在v2h模式下未向站供电)来克服没有低压电源的标准的这种困难。9.为此，本发明的一个主题是一种旨在与站交换电力的电动车辆，该车辆包括控制模块，该控制模块旨在通过电缆与驱动模块进行通信以驱动该站的电力转换器。该车辆进一步包括低压电源、用于将该低压电源连接到该电缆以向该站的驱动模块供电的连接装置、以及与该站的阻抗相类似的阻抗，通过该阻抗，该站的电压源可以向该站的驱动模块供电，该车辆的阻抗被布置在该控制模块与该电缆之间。另外，该车辆包括允许将该车辆的阻抗短路的开关。与另一阻抗“相类似”的阻抗是指与具有与该另一阻抗基本上相等的值的阻抗，例如，所具有的值与该另一阻抗的值的差不超过5％。10.车辆中阻抗的存在允许在v2h模式下使用为g2v操作模式和v2g操作模式提供的标准站和电缆而无需修改站和电缆，即使站的电压源由于站与能够向站供电的电网之间不存在连接而不起作用。11.有利地，该车辆进一步包括用于限制在该车辆与该站之间传输的电力的临时装置。12.本发明的另一主题是一种旨在与电动车辆交换电力的站，该站包括电力转换器和用于驱动该电力转换器的驱动模块，该驱动模块旨在通过电缆与该车辆的控制模块通信。该站进一步包括用于通过该电缆接收源自该车辆的低压电源的电压以向该驱动模块供电的装置、以及电压源，该电压源能够通过该站的阻抗、该电缆和能够被该车辆的开关短路的该车辆的阻抗生成旨在用于该车辆的控制模块的信号。13.有利地，该用于接收电源电压的装置包括允许将该电压源断开连接的开关。14.本发明的又一主题是一种实施根据本发明的车辆和站的方法，该车辆和该站旨在交换电力，该方法包括连接以下操作：[0015]-通过该车辆的低压电源向该站的驱动模块供电，[0016]-通过该电缆开始数据交换以便驱动该电力转换器，从而从该车辆接收电力，[0017]-将电力从该车辆传输到该站。[0018]有利地，将电力从该车辆传输到该站包括以下两个连续步骤：[0019]-只要该电池与该转换器之间的电压差大于给定值就以有限的电流进行预充电的步骤，[0020]-一旦该电池与该转换器之间的电压差小于或等于该给定值就进行无电流限制的电力传输的步骤。[0021]通过阅读以示例的方式给出的一个实施例的详细描述，将更好地理解本发明并且其他优点将变得明显，该描述通过附图进行说明，在附图中：[0022][图1]图1示出了在本发明的背景下连接到充电站的电动车辆；[0023][图2]图2示出了允许将车辆和充电站相连接的连接器的示例；[0024][图3]图3示出了车辆和充电站的电路图的一部分；[0025][图4]图4示出了车辆和充电站的电路图的另一部分；[0026][图5]图5示出了本发明的方法的操作的流程图的示例。[0027]为了清楚起见，在各个图中用相同的附图标记表示相同的元素。[0028]图1示出了连接到充电站12的电动车辆10。车辆10配备有主电池14，该主电池的标称电压例如为400vdc。站12主要允许对电池14进行再充电。为此，站12通常是固定的并且连接到配电网16，例如220vac的国家电网。站12包括转换器18，该转换器被配置为将从电网16接收到的电力转换为能够对电池14进行再充电的电力。转换器例如是可逆ac/dc转换器，这也使得能够采用v2g模式或v2h模式。电缆20将车辆10与站12连接起来。电缆20允许将电力从站12传输到车辆10。车辆10包括控制模块22，该控制模块特别允许管理对电池14的充电。在图1中，为了更加清晰，将控制模块22被示出为与车辆10相距一定距离。充电站12包括允许驱动转换器18的驱动模块24。为了更加清晰，驱动模块24也被示出为与站12相距一定距离。控制模块22和驱动模块24交换信息，特别是以便根据电池14的电压来调整转换器18的dc电压。可以通过电缆20以有线的方式交换该信息。[0029]图2示出了连接器30的示例，该连接器存在于电缆20的端部并且旨在连接到车辆10的插座。图2示出了在ccs标准中使用的连接器30的端子的分布。当然，本发明可以在其他标准中实施。连接器30包括九个端子，这些端子被标为l1、l2、l3、n、pe、cp、pp、dc-和dc+。端子l1、l2、l3、n和pe允许以ac电流传输电力，并且端子dc+和dc-允许以dc电流传输电力。端子l1、l2和l3对应于电相，端子n对应于电中性，以及端子pe对应于等电位接地。作为变体，使用仅具有端子dc-、dc+、pe、cp和pp的连接器30。端子cp和pp允许在车辆10的控制模块22与站12的驱动模块24之间传输信息。在ccs标准中，可以在图3中看到的电阻器rc连接在端子pp与pe之间，并且允许检测到电缆20的存在。[0030]如上所述，转换器18可以是双向的并且允许传输源自车辆10的电力，例如以在v2g模式下向电网16发送电力。在该模式下，驱动模块24可以由电网16供电并且与控制模块22建立对话，该控制模块就其本身而言由车辆10的电池14供电。[0031]本发明涉及没有配电网16并且期望利用从车辆10的电池14汲取的电力向连接到站12的负载供电的情况。这些由站12供电的负载可以形成地区电网26，该地区电网有时被称为岛。[0032]图3部分地示出了电路图的示例，该电路图的部件布置在车辆10、站12和电缆20中。为了不使图中内容过多，未示出对应于允许以dc电流在车辆10与站12之间传输电力的端子dc+和dc-的连接。仅示出了对应于端子cp、pp和pe的连接。[0033]当站12正在对电池14进行再充电或处于v2g模式下时，驱动模块24由站12供电。该电源可以是专用电源，也可以使用转换器18。在v2h模式下，站12中没有可用电源并且车辆10代替站以通过电缆20(以及在示出的示例中，通过端子cp)向驱动模块24供电。为此，车辆10包括低压电源34和连接装置，连接装置在这里由开关s3形成并用于将低压电源34连接到端子cp。在站12侧，开关s6允许将端子cp连接到驱动模块24。[0034]当站12由配电网16供电时，站12的电压源32用于将信号传输到端子cp。在车辆10中，这些信号经由二极管d和由电阻器r2和r3形成的桥式分压器被传输到控制模块22。电阻器r2可以由开关s2激活。当站12由配电网16供电时，端子cp直接连接到二极管d的阳极。在本发明的背景下，这种直接连接可以被断开。更具体地，开关s4允许将该直接连接中断，以便再现源自站12并且当电压源32在v2h模式下停止工作时被中断的信号。更具体地，偏压电阻器rpb串联连接在电压源32与端子cp之间。当电压源32在v2h模式下停止工作时，另一偏压电阻器rpv代替电阻器rpb对控制模块22进行偏压。电阻器rpv具有与电阻器rpb相同的电阻并且被布置在车辆10中、并且更具体地布置在端子cp与控制模块22之间。电阻器rpv与开关s4并联布置。因此，为了允许电阻器rpv有助于对控制模块22进行偏压，断开开关s4就足够了。为了不干涉对控制模块22的偏压，当使用电阻器rpv时，开关s5可以布置在站12中以使电阻器rpb与端子cp断开连接。[0035]对控制模块进行偏压是指向模块22供应允许该模块检测系统状态的电压。具体地，模块22将取决于各个开关的位置而接收不同的电压，并且因此将能够检测到系统状态。模块22的控制模式取决于所接收的电压。在这里，偏压电阻器rpv允许控制模块22以100％调制检测v2h模式，同时符合ccs标准的协议。[0036]更一般地，这两个电阻器rpv和rpb可以是阻抗(如有需要，可向其添加电容器和/或电感器的电阻器)，它们结合站12的具有100％调制的电压源32(对于阻抗rpb)以及结合车辆10的低压电源34(对于阻抗rpv)对车辆10的控制模块22或对驱动模块24执行相似的功能。[0037]电压源32可以是dc电压源，其脉冲宽度根据当站12对车辆10的电池14进行再充电或处于v2g模式下时从站12传输到控制模块22的信息的类型进行调制。在v2h模式下，在本发明的背景下，使用端子cp向驱动模块24供电。由电源34输送的电压是dc。换言之，cp端子上的调制为100％。然而，100％调制在ccs标准中被解释为使电池14的充电紧急停止的请求。v2h模式由车辆10发起，并且车辆的控制模块22被配置为不期望除该100％调制以外的任何事情并且不将其解释为紧急停止请求。在站12侧，一旦驱动模块24被供电，就可以与车辆10的控制模块22建立对话，车辆10在该对话中是主控方。车辆10的控制模块22可以特别请求站12以与电源34的100％调制不同的特定设定点中断v2h模式。[0038]一旦站12的驱动模块24与车辆10的控制模块22之间已经建立起对话，就可以开始将电力从车辆10的电池14传输到站12。该电力可以基于图4中展示的结构以两个步骤传输。[0039]在图4中，在车辆10内部，已经示出了电池14和控制模块22。在站12内部，已经示出了转换器18和驱动模块24。电缆20将端子cp和pe用于控制模块22与驱动模块24之间的对话。电力传输使用端子dc-连接到电池的负极端子并且使用端子dc+连接到电池的正极端子，电池的电压例如为400vdc。在图2中，也已经示出了用于以ac电流进行供电的端子l1、l2和l3。具体地，ccs标准允许从以ac电压或dc电压的形式输送电力的站对电池14充电。当以dc电压传输电力时，仅使用端子dc-和dc+。[0040]在建立了车辆10到站12的驱动模块24的电力供应之后，可以直接发起从电池14到站12的电力传输。为此，通过端子dc+进行的电池14与转换器18之间的连接包括与经过端子dc+的导体串联的接触器s8。接触器s8例如位于车辆10中并且由控制模块22驱动。该发起可以不受限制地执行。然而，转换器18的输入电压可能没有得到最佳调整，并且导致经过端子dc+的导体消耗大量的电流。这种电流消耗可能会损坏电池14和接触器s8。为了限制这种电流消耗，有利的是从以有限的电流进行预充电的步骤开始。该步骤例如通过与接触器s8串联布置(例如，布置在车辆10中)的电力电阻器r执行。通过举例的方式，对于400vdc的电池，电阻器r的电阻可能是100欧姆数量级的。当接触器s8闭合时，即使转换器18等同于端子dc+与dc-之间的短路，电流也因此被限制在4安培。然而，限制电流允许转换器18开始运行，特别是通过将其输入电压增加到接近由电池14输送的电压的电压。更具体地，只要电池14与转换器18之间的电压差大于给定值就继续预充电步骤。当电压差变得小于或等于该给定值时，可以省去对电流的限制。为此，车辆10包括与电阻器r并联布置并且允许将该电阻器短路的另一接触器s9。接触器s9由控制模块22驱动。为了驱动接触器s9，控制模块22与驱动模块24进行交换，以在dc侧将电池14的电压与转换器18的输入电压进行比较。[0041]图5示出了本发明的方法的操作的流程图的示例。框40示出了站12的驱动模块24由车辆10的电源34供电。一旦建立了该电源，就会在站12的驱动模块24与车辆10的控制模块22之间建立已经在框42中示出的信息交换。一旦建立了该信息交换，就会在车辆10与站12之间建立电力传输，有利地，在开始时以有限的形式(如框44所示)，然后没有限制(如框46所示)。以有限的形式进行的电力传输的限制的结束取决于测试48。站12的驱动模块24与车辆10的控制模块22之间的信息交换在框44和框46所示的电力传输期间保持建立。









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