CN104052101A - 用于电动车辆的快速充电*** - Google Patents

Abstract

公开了一种用于电动车辆的充电装置，所述充电装置包括用于在可选择的基础上传送两个级别3充电中的一个而构造和布置的充电电路，所述选择由用户通过选择开关的方式而做出。所述选择开关与所述对应的电路***集成用于选择SAE协议为所述电动车辆充电或者CHAdeMO协议为所述电动车辆充电。

Description

用于电动车辆的快速充电***

相关申请的引用

本申请要求2013年3月15日提交的临时专利申请号61/788，140的权益，其通过引用并入本文。

发明背景

随着电动车辆(EV)的数量在机动车领域的比例变得更重大，解决EV充电的技术方面以及可用的充电站和充电车辆的数量将变得越来越重要。随着电动车辆数量的增加，具有更多EV充电地点将变得更重要，无论是作为固定的站点或是基于车辆的，诸如有快速充电(DC)能力的充电车辆。为了试图和避免由停滞的EV由于损失电量而负面影响正常的交通流动的情形，快速充电能力将是重要的。快速充电能力对于结合较长旅途的驾驶员的方便性也将是重要的。

与EV相关联的技术因素中的一个为哪个充电标准将被实行或适用于需要充电的EV。EV将基于所选择的充电标准或协议而构造，并且EV的充电连接器将被兼容配置。在美国，汽车工程师学会已经建立北美标准SAEJ1772(即SAE标准)。SAEJ1772为用于电动车辆的电连接器的北美标准，其由汽车工程师学维护，并且具有正式的标题“SAE地面车辆推荐实践J1772、SAE电动车辆导通充电耦合器”。它涵盖电动车辆导通充电***和耦合器的一般物理、电气、通信协议以及性能要求。意欲限定常见电动车辆导通充电***架构，这包括车辆入口和相匹配的连接器的操作要求以及功能和尺寸要求。该标准对于EV的未来是重要的，并且被写成以适应需要为其高能量电池充电而***的最新一代的车辆。SAEJ1772详细描述插头配置、导通充电接口的规格、物理接口要求和控制策略。该SAE标准也可被识别为或称为SAEJ1772/3。

该连接器被设计用于120V或240V的单相电***，诸如在北美和日本使用的那些。圆形43mm直径连接器具有五个引脚、三种不同的引脚尺寸。

●AC线路1引脚和AC线路2引脚/中性电源引脚

●接地引脚-接地

●当连接至充电器时汽车的邻近检测防止移动

●用于协调在汽车与充电器以及其它信息之间的充电级别的控制驾驶通信线路

该连接器支持功率线路上的通信以识别车辆并且控制充电。该连接器被设计以经受高达10000连接/断开的次数并且暴露于所有种类的自然环境。

“竞争对手”CHAdeMO标准由诸如知的日本汽车制造商支持。物理连接器为不同的形状并且控制充电器的协议不同于SAE标准。为此，每个EV已经“采用”结构配置，其基于并且对应于这两个标准中的一个、基于有可能由制造国家驱策的EV制造商所做的决定。

该CHAdeMO协议具有经由CAN总线接收EV命令的为其快速充电器设计的控制器，并且快速充电器设置电流以满足EV的命令值。经由该机制，响应于电池的性能和使用环境的最佳和快速的充电变得可能。

该CHAdeMO充电顺序如下：

1)充电准备

车辆基于经由CAN总线传送的信息来检查其与充电器的兼容性。

在锁定连接器之后，充电器将短期的电压负载施加至其出口电路并且在包括连接器接口的电路上进行测试以确认没有诸如短路或接地故障的异常。

2)启动电源

在准备步骤之后，车辆基于电池性能和情况来计算电流电平，这可以进行充电并且通过CAN总线每0.1秒将值发送至充电器。

充电器供应满足经由恒定电流控制的来自车辆的值的电流。

3)充电结束

车辆通过CAN总线发送零电流信号，并且然后充电器停止其输出。在确认车辆的入口线路上的零电流之后，EV打开接触器并且将禁止信号发送至充电器，并且充电器确认其输出电流为零。

根据国家电力代码(NEC)，EV的充电站(或充电车辆)分为三个不同的级别(或类型)。这些级别基本上描述了您可以为您充电的车辆供应多少功率，您可以传递的功率越多那么充电就越快速，反之亦然。由NEC所指定的三个充电级别如下：

级别1(120V—交流)

级别1使用美国的用于三脚接地插头的“常用”120伏、单相插座。虽然这极大地取决于您充电的车辆，但是通常需要8至14个小时来为车辆完成充电。级别1的最大优势为您可以在美国的几乎任何地方找到服务，并且由于充电电流与标准的吹风机大约相同，所以将不会为现有的电服务带来太多的负担。缺点为其为车辆再充电所需的时间长度。

级别2(208-230V—交流)

级别2将充电功率增加了5倍并且将通常的完全充电时间减少至4-8个小时，因而级别2充电的主要优势为速度。较快充电的缺点为管理在电池充电过程中所产生的热量。虽然现今的EV被建造以管理该热量(使用液体冷却/风扇)，但是热量通常会缩短电池寿命。

级别1和级别2充电***由AC/DC转换器组成以从交流线路生成直流电压。该输入的功率需要经过功率因数校正(PFC)以提高功率因数，以满足区域的规管标准。换流器的核心为实时的微控制器。编程该控制器以执行用于包括有PFC的AC/DC和DC/DC的所有必需的功率管理功能的控制环路以建立电池的必需的充电档案记录。

级别3(输入：3相480VAC...输出：300-400VDC)

级别3需要很高的电压电平和电流电平，但是其最大优势为速度。一些车辆可以在短短15分钟完成充电，但是所有都取决于电池类型和化学过程...因为如此快的充电制造不得不快速处置的大量的热量。级别3充电对于在一天期间经常需要充电的船队、旅行越野旅途的任何人以及在疏散或交通紧急事件的情况下的紧急充电是完美的。

与输出AC至车辆的级别1和级别2充电不同，级别3充电器通常使用不同于J1772的插头输出DC。CHAdeMO插头规格用于包括Nissan Leaf的若干日本汽车。

SAE已经决定使用J1772组合连接器，其将当前J1772和高功率(90kW)直流充电组合在一个插头上。这建立级别3的美国标准并且使汽车制造商不用在一辆车上安装两个连接器/填充门。

概述

假设两个EV充电标准/协议(SAE和CHAdeMO)都保留并且假设EV被配置用于这些标准协议的一个或另一个，额外的要求被施加至EV充电站和EV充电车辆。充电站/设施，以及充电车辆必须被配置和装备以能够为任何车辆充电，无论该车辆是基于SAE标准/协议或该车辆是基于CHAdeMO标准/协议。

试图处理两个不同的EV充电标准使EV充电车辆和某些程度上的EV充电站或设施的布局和费用复杂化。例如，考虑EV充电车辆响应高速公路或快车道的紧急事件的情形。EV充电的典型“紧急事件”为当EV停滞并且电池没有驱动EV的充足电量时。目前，为了使EV充电车辆为完全工作车辆，其必须具有基于SAE标准的充电装备和基于CHAdeMO标准的充电设备。为了具有用于两个充电标准的充电能力而在车辆上的重复的充电装备表示与将两个类型的充电能力集成至EV充电装备的单个装置或单个物品的本文公开的发明概念相比的增加的成本、增加的重量和增加的空间要求。

本发明针对该两个充电标准/协议至充电装备的单个装置的集成。通过该集成，与具有两个单独的和独立的EV充电(装备)装置相比节省了尺寸和重量。节省了空间并且也可节省所需的电部件。后者某种程度上取决于具体的电路***。

本发明解决的另一方面为所需的安全水平。如果所执行的充电基于SAE标准，那么充电装备的设计必须为这样，基于CHAdeMO的充电无法传递到该EV，反之亦然。根据本公开的一种类型的安全连锁基于使用的EV充电电缆和对应的插头。根据本发明的安全协议将充电电缆(和插头)的机械部署与充电标准的选择链接在一起。如果选择SAE标准，那么仅SAE电缆/插头能够被部署并且因而***EV。如果选择CHAdeMO标准，那么仅CHAdeMO电缆/插头能够被部署并且因而***EV。这可通过将插头锁定在其接收的插口或插座中或者通过卷缩和锁定电缆而实现。

如果在选择充电标准之前已经部署用于充电的特定的电缆/插头，那么电缆/插头仅在所选的充电标准与已经部署的电缆/插头一致时可操作并且能够提供充电。如果这两个不一致，那么生成错误消息并且提供其作为音频信号或视觉指示，或者两者都确认所部署的电缆/插头必须卷缩或在消除错误消息以及其对应的安全连锁之前以其它方式返回至在充电装备内的存放的或“没有部署”的状态。该报警信号与禁用充电装备一致，使得不正确的充电不可以被传递。已经部署的电缆(即没有锁定的插头)可为没有从之前的充电完全再卷缩电缆或可能当电缆存放时没有锁定的结果。具有部署的电缆的另一选项为在之前的充电任务之后插头锁定在其插座中并且没有返回和完全接合在其插座中。本文所公开的和对应于本发明的集成的充电装备的其它特征通过所公开的实施方案而作出示例。

附图简述

图1为根据本公开的有双(SAE和CHAdeMO)充电能力的EV充电装置的图解的图示。

图1A为根据本公开的有双充电能力的替代EV充电装置的图解的图示。

图2为用于图1EV充电装置的电路***的示意图示和流程图。

所选择的实施方案的描述

为了促进理解本发明的原理的目的，现在将参考附图所示的实施方案并且将使用具体的语言来描述附图所示的实施方案。然而将理解发明的范围是不意欲受到限制的。所述实施方案中的任何变更和进一步修改，以及本文所述发明的原理的任何进一步应用被预期如涉及本发明的通常发生于本领域的一个技术人员的。详细示出了本发明的一个实施方案，尽管为了简化而没有示出的与本发明无关的一些特征对于相关领域的那些技术人员将是明显的。

参照图1，图示了EV充电装置20。作为更好地解释功能性而不专注于精确的机械详细信息的方式，装置20呈图解的形式示出。重要的是装置20基于SAE充电标准和替代地(任一/或)基于CHAdeMO充电标准而构造和布置以能够传递快送充电(级别3)。该“(任一/或)”选项在EV充电装置20上(经由选择开关24)是可选择的，这取决于接收快速充电以及为了该EV的制造而选择的充电标准的具体的EV。装置20的图1版本有存放在卷缩机制上的充电电缆，其为在装置20内的连锁机制34的一部分。图1A的替代实施方案基本上与EV充电装置20相同，然而其充电电缆是暴露的(展开的)并且插头在存放时是锁定的。

装置20的用户首先基于EV的品牌和型号以及其充电连接器的规格来确定需要哪个充电协议或标准。关于由EV的制造商选择的充电标准而做出决定，并且该决定指示在装置20上选择哪个标准。如果EV基于SAE标准，那么用户在装置20上选择该标准用于EV充电任务。如果EV基于CHAdeMO标准，那么用户在装置20上选择该标准用于EV充电任务。重要的是，装置20为电配置的(参见图2)，使得用于两个充电标准的部件和电路***都集成至单个装置。通过将两个充电标准集成至单个装置，存在由构造和布置装置20而意识到的减小的尺寸和重量效果。在所需的电部件的数量上也可存在进一步的效果，这取决于电部件的具体的示意图和具体的选择。

至于装置20的机械配置，充电电路***的两个标准或协议被容纳在工作橱22内。将选择开关24安装至工作橱22的板26并且电连接至其余的充电电路***28(参见图2)。装置20也包括两个单独的充电电缆30和充电电缆32，每一个用于每个充电标准。用足以从装置20延伸至EV的电缆长度来构造和布置每个充电电缆。装置20的图1的样式包括用于每条电缆的卷缩和存储机制(未具体示出，但由连锁机制34表示)。对应的插头被示出并且在完成之前的充电任务时返回至对应的载体或插座。虽然各自的插头没有锁定在其对应的载体或插座中，但是没有电缆可以延伸和部署直至锁定对应的卷缩和存储机制。图1充电装置20的替代的实施方案具有最初没有锁定的充电电缆，并且当做出充电选择时，没有选择的充电电缆被锁定。根据在图1A中的装置120所识别的，装置20的图1A的样式暴露了大部分的电缆并且在装置的侧面悬浮，用在其插座中锁定每个对应的插头作为锁定卷缩的电缆的替代。当经由选择开关24做出选择时，对应的插头(SAE或CHAdeMO)被锁定并且能够被移开以为EV充电。以替代的结构起始于每个插头没有锁定在其插座中。当做出选择时，在原位锁定“另一”插头。

参照图1的实施方案，在没有使用两个单独的充电电缆30和充电电缆32时，充电电缆30和充电电缆32能够卷缩并且存储在装置20内。每个充电电缆30和充电电缆32分别包括对应的插头30a和插头32a，这两个都被电气地和机械地构造和布置用于与接收快速充电的EV的充电连接器兼容。插头30a被存放在插座30b中。插头32a被存放在插座32b中。

所公开的实施方案的特征中的一个为由在两个充电电缆30和充电电缆32的出口位置附近的盒34图解表示的充电电缆机械连锁。连锁机制34的操作原理为经由选择开关24来防止与所选择的充电标准不一致的充电电缆30、充电电缆32的任何一个的延伸。用类似于用于诸如吸尘器的某些电设备或器具的存储和卷缩机制(未示出)来构造和布置每个充电电缆。存在返回至该卷缩机制的弹簧，其允许捕获多余的电缆长度并且将其存放在装置20内。当已经选择了具体的充电协议或标准时，对应的充电电缆的插头端能够从工作橱22倍拉出，并且其电缆延伸(即展开)以接触到接收快速充电的EV的充电连接器。

构造和布置连锁机制34以解除锁定与所选择的充电协议一致的充电电缆。该实施方案基于一旦完全卷缩至工作橱22内的存储状况下，就将每个充电电缆30、充电电缆32在位置中锁定。在连个充电电缆都锁定在其各自的存储状况下时，仅可以释放或解除锁定一个，以便延伸或展开以接触到EV。能够展开和延伸的一个充电电缆为与已经由用户经由选择开关24选择的充电协议或标准一致的那个充电电缆。其它充电电缆保持卷缩和锁定。该特征防止用所选择的SAE充电协议将CHAdeMO电缆***基于CHAdeMO的EV。即使电缆对于EV是“正确的”，但是电气充电不正确。

所预期的替代设计为使充电电缆状态反向。这意味着正常或默认状态为每个充电电缆是没有锁定的。然后，当经由选择开关24选择所需的充电协议时，“另一”没有选择的充电电缆不饿锁定在其卷缩的和存放的状况下并且不可以延伸。

无论选择哪个充电电缆和充电装置实施方案，仍需要进一步解决充电电缆的状况。该状况为延伸的或部分延伸的充电电缆的存在状况。如果充电电缆没有完全卷缩，那么其可为部分延伸的。如果用户意欲延伸，那么没有锁定的充电电缆也可谓部分或完全延伸的。该问题为如果由用户所做的充电标准选择与部分或完全延伸的充电电缆不一致，那么应该发生什么。一种关注为试图使用不适合特定EV的充电电缆。另一关注为试图传递对于EV不正确的充电协议，即使电缆是正确的。

本发明和所公开的示例性实施方案通过包括进一步的安全特征来解决该问题。在延伸充电电缆的事件中，其中该充电电缆与所选择的充电协议不一致，充电装置20认识到选择与充电电缆不一致，并且防止EV充电直至所延伸的充电电缆与所选择的标准或协议之间相一致或相对应。音频、视觉或两者都的报警指示也被提供以警示用户所延伸的充电电缆和所选择的标准不一致，并且禁用装置20直至选择和所延伸的电缆相一致或相对应。

所公开的充电电路***28(参见图2)包括对于充电电缆连锁特征和对于报警指示特征必需的电元件和部件。

在由图1和图1A表示的设计变化和替代实施方案的情形中，现在仅关注充电电缆和对应的插头，值得注意的是图1A可能最接近具有单个电缆/插头部件的当前配置的充电装置。在增加用于第二个充电标准/协议的第二个电缆/插头部件以及希望具有一些类型的电缆/插头连锁的情形中，因为充电电缆的整体长度悬浮在装置的外面并且暴露，所以图1A的布置必须并入相对于当存放在其底座或插座中时的插头的任何连锁特征。

如图1A中所示的充电装置120在每一个方面都基本上与充电装置20相同，除了电缆130、电缆132的存储和连锁以及其对应的插头130a、插头132a。装置120的电缆/插头连锁特征关注在分别将每个插头130a和插头132a锁定在其对应的底座或插座140和142中。装置120的一个设计实施方案捕获在锁定状况中的每个插头并且提供由虚线轮廓表示的连锁特征140a和连锁特征142a，这解除锁定与所选择的充电标准一致的一个插头。另一插头保持锁定。

与装置120相关联的另一设计实施方案起始于每个插头呈没有锁定的状况存放在其对应的底座或插座中。当经由选择开关124做出充电标准选择时，与充电标准选择不一致的电缆/插头然后被锁定在位置中。在任一实施方案中，如果当做出充电标准选择时插头不在其底座或插座中，用于装置20的所述报警特征被包括并且完全适用于装置120的构造和布置。如果没有锁定的插头与充电选择不一致，那么装置不能够提供充电并且提供该状况的警报。

充电装置20和充电装置120被构造和布置用作固定的装置并且能够安装在车辆上用作移动充电车辆。

虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是其仅考虑作为说明性的并且不受字面限制的，应该理解的是仅已经示出和描述了优选的实施方案并且希望保护由下列权利要求所限定的在发明的精神之内的所有的改变、等效物和修改。在本说明书中引用的所有的出版物、专利和专利申请在此通过引用并入本文，如同每个单独的出版物、专利或专利申请被专门地和单独地表明以通过引用并且在此整体并入本文。

Claims (15)

1.一种用于电动车辆的充电装置，其包括：

充电电路，其被构造和布置为用于根据所选择的充电协议来传送两个级别3充电中的一个；以及

选择构件，其用于选择SAE协议为所述电动车辆充电或者CHAdeMO协议为所述电动车辆充电。

2.根据权利要求1所述的充电装置，其还包括用于每个充电协议的单独的充电电缆。

3.根据权利要求2所述的充电装置，其还包括用于在可缩回的状况下锁定所述充电电缆直至做出充电协议选择的充电电缆连锁构件。

4.根据权利要求3所述的充电装置，其中所述充电电缆连锁构件被构造和布置以解除锁定对应于所述协议选择的所述充电电缆。

5.根据权利要求4所述的充电装置，其还包括用于如果延伸与所选择的所述充电协议不一致的充电电缆那么就提供警报的报警构件。

6.根据权利要求2所述的充电装置，其还包括用于在可缩回的状况下锁定用于没有被选择的所述充电协议的所述充电电缆的充电电缆连锁构件。

7.根据权利要求6所述的充电装置，其还包括用于如果延伸与所选择的所述充电协议不一致的充电电缆那么就提供警报的报警构件。

8.根据权利要求1所述的充电装置，其还包括被构造和布置以容纳所述充电电路的工作橱。

9.根据权利要求8所述的充电装置，其中所述选择构件包括作为所述工作橱的一部分的选择开关。

10.根据权利要求9所述的充电装置，其还包括用于每个充电协议的单独的充电电缆。

11.根据权利要求10所述的充电装置，其中每个充电电缆包括充电插头。

12.根据权利要求11所述的充电装置，其还包括用于接收所述充电插头中的对应的一个的一对插座。

13.根据权利要求12所述的充电装置，其还包括用于在充电插头对应的插座中锁定所述充电插头中的至少一个的插头连锁构件。

14.根据权利要求1所述的充电装置，其中所述充电装置被构造和布置为固定的装置。

15.根据权利要求1所述的充电装置，其中所述充电装置被构造和布置为移动充电车辆的一部分。