CN105008173B

CN105008173B - 跨协议充电适配器

Info

Publication number: CN105008173B
Application number: CN201380073361.2A
Authority: CN
Inventors: M·苏库普; T·A·内尔加德; K·J·唐豪
Original assignee: Tesla Motor Inc
Current assignee: TESLA
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2017-06-23
Anticipated expiration: 2033-04-02
Also published as: US20160036256A1; JP6188915B2; WO2014163618A1; JP2016521106A; CN105008173A; DE112013006901T5; US9787112B2

Abstract

一种用于待经由总线进行充电的设备的跨协议充电适配器，包括：第一连接器，其对应于第一充电协议，所述第一充电协议要求总线在所述设备接驳在所述总线上之前为带能的；第二连接器，其对应于第二充电协议，所述第二充电协议在所述设备接驳在总线上之前并不对总线进行赋能；以及升压变换器，其耦接到总线以及到第二连接器中的至少一个，其中所述升压变化器利用来自第二连接器的能量在设备接驳到总线上之前对总线进行赋能。

Description

跨协议充电适配器

背景技术

可再充电能量存储***被用于许多不同的领域。这种实施方式的一个类型是电动汽车，其中电池组用来对驱动汽车的一个或多个轮子的电动马达提供能量。例如，电池组由一个或多个存储电能直到其被使用的电池单元所构成。不时地，额外的能量必须被添加到能量存储***中。在某种程度上，这可以通过再生制动(或“再生”)来完成，其涉及到将车辆的动能转换回到电形式。另一种补充电能水平的方式是将外部功率源(例如，DC发电机)连接到能量存储***。这种功率源有时称为电动汽车供能设备(EVSE)。

在通常水平，每个EVSE根据下面的宽泛步骤进行操作：首先，使得连接设备(例如，插头)与车辆物理接触；接着，执行逻辑握手过程从而在车辆和EVSE之间交换必要的信息(例如，现在车辆中存储有多少能量，以及/或EVSE的容量)；最后，车辆中的一个或多个接触器闭合从而在EVSE的充电管线(有时称为“总线”)和车辆的电池***之间具有电气连接。最后这一步骤正是电能开始从EVSE流进车辆用于对电池组进行再充电之时。

然而，更为特别地，每种类型的EVSE可以根据用于对电动汽车进行充电的多种不同的协议中的任何一个来进行操作。一个这样的示例是由SAE国际学会建立的SAE J1772标准。特别地，在SAE J1772标准下用于DC充电的协议规定总线在接触器接驳到总线上时必须为带能的(即，必须处于特定的电压水平)。

充电协议的另一个示例是由多家日本公司建立的CHAdeMO。与SAE J1772DC-充电协议不同的是，CHAdeMO希望在接触器接驳到总线上时，总线为不带能的(即，处于零伏特)。也就是说，CHAdeMO的EVSE在车辆将其接触器接驳到总线上之前并不对总线赋能。

一些电动汽车(或其他可再充电的电气设备)根据除了上面所提及的示例之外的充电协议来操作。例如，Tesla Motors(特斯拉汽车)业已创建了与市面上任何其他的充电协议不同的充电协议。然而，类似于SAE J1772充电协议，Tesla Motors充电协议要求总线在接触器接驳时处于合适的电压水平。

发明内容

在第一方面，一种用于待经由总线进行充电的设备的跨协议充电适配器，包括：第一连接器，其对应于第一充电协议，所述第一充电协议要求总线在所述设备接驳到所述总线上之前为带能的；第二连接器，其对应于第二充电协议，所述第二充电协议在所述设备接驳到总线上之前并不对总线进行赋能；以及升压变换器，其使用来自第二连接器的能量在设备接驳到总线上之前对总线进行赋能。

在第二方面，一种用于在待经由总线进行充电的设备的充电协议之间进行适配的方法，包括：在充电***和待充电的设备之间耦接总线，其中所述设备遵从第一充电协议，所述第一充电协议要求总线在所述设备接驳到所述总线上之前为带能的，并且其中所述充电***遵从第二充电协议，所述第二充电协议在所述设备接驳到总线上之前并不对总线进行赋能；从充电***的模拟控制线汲取能量；并且利用所汲取的能量在设备接驳到总线上之前对总线进行赋能。

实施方式可以包括下述特征中的任何或者全部特征。跨协议充电适配器进一步包括处理器，其触发升压变换器来对总线进行赋能。所述处理器配置为在设备和充电设备之间执行握手，所述充电设备耦接到第二连接器。所述第二充电协议利用充电器启动/停止连接器来发送开始充电信号，并且其中所述升压变换器从充电器启动/停止连接器获得能量。所述跨协议充电适配器进一步包括在总线中的二极管。所述跨协议充电适配器被并入到单一的壳体中。跨协议充电适配器分布在至少两个通过线缆连接的壳体中。在设备接驳到总线上之前在所述设备和充电设备之间执行握手。模拟控制线包括充电器启动/停止连接器。充电设备被配置用于双线CAN通信，并且车辆被配置用于单线CAN通信，所述适配器进一步包括：耦接到至少两个CAN连接器的双线CAN组件，以及耦接到车辆的单线CAN组件，并且所述处理器在双线CAN通信和单线CAN通信之间进行转化。

在第三方面，一种用于待经由总线进行充电的车辆的跨协议充电适配器，包括：第一连接器，其对应于第一充电协议，所述第一充电协议要求总线在所述车辆接驳在所述总线上之前为带能的，所述第一连接器包括：(i)至少两个耦接到车辆电池的功率供应。(ii)接地，(iii)邻近连接器，以及(iv)引导连接器；第二连接器，其对应于第二充电协议，所述第二充电协议在所述车辆接驳在总线上之前并不对总线进行赋能，所述第二连接器包括：(i)至少两个耦接到充电***以及到总线的功率供应，(ii)接地连接器，(iii)至少两个充电器启动/停止连接器，(iv)邻近连接器，(v)充电启动/停止连接器，以及(vi)至少两个控域网(CAN)连接器；以及升压变换器，耦接到总线以及到至少一个充电器启动/停止连接器；以及处理器，其导致升压变化器从充电器启动/停止连接器汲取能量并且利用所汲取的能量来在车辆接驳到总线上之前对总线进行赋能。

附图说明

图1示出了跨协议适配器的示例性原理图；

图2示出了示例性跨协议适配器的第一端的立视图；

图3示出了图2中的示例性跨协议适配器的第二端的立视图；

图4示出了另一个示例性跨协议适配器的立视图。

具体实施方式

本文献描述了可以用于在充电协议之间进行适配的设备、***和技术。在一些实施方式中，在使用CHAdeMO协议的EVSE和使用要求总线在车辆接驳到总线上之前升压的充电协议(例如，SAE J1772或Tesla Motors协议)进行操作的电动汽车之间提供一种适配器。更广义来说，适配器可以跨接在希望车辆对线缆赋能的EVSE与希望EVSE对线缆赋能的车辆之间的隔阂。所述适配器可以使用高电压升压变换器来控制总线电压并且适配器可以从EVSE汲取其能量。

本描述所提到的电动汽车作为使用可再充电能量存储***的设备的示例。然而，该描述类似地应用在使用于任何其他类型的设备或装置中的可再充电能量存储***中，所述设备或装置包括但不限于摩托车、滑板车、公交车、有轨电车、火车、船舶、照明设备、工具以及移动电子设备，此处仅仅列举数个示例。

同样，电池组作为被提及作为可再充电能量存储***的示例。可再充电能量存储***可以包括多个不同的可再充电配置和电池化学中的任何一个或几个，该可再充电配置和电池化学包括但不限于，锂离子(例如，磷酸铁锂、锂钴氧化物、其他锂金属氧化物等)、锂离子聚合物、镍金属氢化物、镍镉、镍氢、镍锌、银锌、或其他可充电的高能量存储类型或配置，此处仅仅列举数个示例。

图1示出了跨协议适配器102的示例性原理图100。此处，适配器标记为“CHAdeMO/Tesla适配器”以指示这个示例是关于在相应的CHAdeMO和Tesla Motors充电协议之间进行适配。通常，在这个和其他示例中的标签“CHAdeMO”和“Tesla”仅用于说明性的目的。在其他的实施例中，适配可以在仅包括CHAdeMO充电协议和TeslaMotors充电协议之一或不包括任何其中一个的充电协议之间完成。

EVSE通常由参考标号104所指示，并且电动汽车通常由参考标号106所指示。现在的描述集中在涉及执行充电协议的特定组件，并且为了清楚起见，因此一些其他的组件并没有被图示。例如，EVSE104可以实施在充电站(例如，坐落在高速路沿途或在其他公共区域中)，并且电动车辆可以是任何类型的电动汽车(例如敞篷跑车、轿跑车、轿车、旅行车、运动型多用途车、卡车或小型货车)。

参考标号108A-108I示意性地表示EVSE104和适配器102相连接的连接器。在这个示例中，连接器108A-108I遵从CHAdeMO充电协议。在高的电平下，连接器108A-108B可以被视为是电源线，连接器108C-108G可以被视为是模拟控制线并且连接器108H-108I可以被视为是数字通信总线。

例如，连接器108A和连接器108B为耦接到DC功率源110的高电压功率供应(分别称为HVDC(+)和HVDC(-))；连接器108C为接地；连接器108D和连接器108E为充电器启动/停止连接器(分别称为一号和二号)；连接器108F为在充电期间帮助固定车辆的邻近连接器；连接器108G为充电启动/停止连接器；以及连接器108H和连接器108I为耦接到EVSE中的双线CAN组件112A的控域网(CAN)连接器(分别称为H以及L)，其中适配器具有相对应的双线CAN组件112B。EVSE在此还包括锁定控制114，其用于将EVSE(例如其充电插头)和适配器彼此物理地锁定。

参考标号116A-116E示意性地表示其中跨协议适配器102和电动车辆106相连接的连接器。在这个示例中，连接器116A-116E遵从Tesla Motors充电协议。例如，连接器116A和连接器116B为耦接到电池118的高电压功率供应(分别称为HVDC(+)和HVDC(-))、连接器116C为接地；连接器116D为邻近连接器；并且连接器116E为将适配器中的电源线通信(PLC)、引导(pilot)以及单线CAN组件120A耦接到车辆中的相对应的组件120B的引导连接器。

适配器还包括控制着适配器的一个或多个操作的处理器122。适配器功率124可以例如通过充电器启动/停止连接器108D从EVSE提供到适配器。这里的适配器包括高电压升压变化器126，其控制着功率供应连接器108A-108B以及116A-116B之间的总线128上的电压。车辆106具有一个或多个到总线的接触器130。总线在其上可以具有二极管132。

下面为可以利用EVSE104、跨协议适配器102以及电动车辆106来执行的操作的示例。当用户(例如，车主)按压EVSE104上的开始按钮(未示出)，EVSE可以发送开始充电信号到连接器108D上(例如，可以闭合充电器启动/停止的中继器)。除了别的之外，这可以将适配器功率124提供到适配器。

在接收到开始充电信号之后，处理器122可以执行初始握手。所述握手取决于所涉及的协议并且依据于实施方式而有所不同。最终，在EVSE104和车辆106之间执行握手，但是适配器102可以执行每个组件所希望的握手功能。换句话说，适配器模拟握手所意图交互的设备，并且执行解译功能从而跨接不同的协议。此处仅仅列举一些示例，车辆可以传输诸如电压限值、最大电流以及/或电池***容量之类的参数到EVSE(例如，利用引导连接器116E和CAN连接器108H-108I)，并且EVSE可以向车辆指示其最大输出电压和最大输出(例如，利用CAN连接器108H-108I以及引导连接器116E)。

在初始握手之后，跨协议适配器102使得总线128与车辆106的电压相匹配。在一些实施方式中，处理器122从车辆接收电压信息并且接着激活升压变换器126从而将基本上相同的电压水平设置在总线上。例如，升压变换器可以从适配器功率124采用一个电压(例如，12V)并且将其变换到更高的电压(例如，50V-500V或更高)。

升压变换器126包括设计用于接收第一电压(例如，从充电器启动/停止一号连接器108D)作为输入并且输出第二电压，即更高的电压(例如对总线128赋能的电压)作为输出的电路和/或组件。在一些实施方式中，升压变换器包括至少两个半导体组件和能量存储元件，其中操作半导体器件使得存储元件的电压被加至输入电压用于输出。

在总线128升压后，车辆106识别匹配的电压并且将接触器(多个接触器)130接驳到总线之上。一旦车辆接驳其接触器，升压变换器126关闭。此时，总线上的电压为来自电池118的电压。

EVSE104识别总线128上的电压(即，由电池118提供的电压)并且利用DC电源110提供所要求的电流。

也就是说，处理器122执行EVSE104和电动车辆106之间的解释器的功能，并且控制和监视低电压输入/输出(例如，在EVSE侧的连接器108D-108G以及车辆侧的连接器116D)以及通信总线(例如，连接器108H-108I以及连接器116E)。例如，这可以允许适配器同时满足两种***(例如CHAdeMO充电***和SAE J1772可再充电设备)二者的要求。

作为另一个示例，当EVSE104被配置用于双线CAN通信并且车辆106被配置用于单线CAN通信时，处理器122可以在双线CAN通信和单线CAN通信之间进行转化。

二极管132可以提供附加的鲁棒性。在一些实施方式中，二极管保护车辆106避免将接触器(多个接触器)130接驳在未探测到的跨总线128的低电阻上。在正常的操作下，二极管并不显著地改变总线的电气特征。例如，二极管可以具有0.7V的电压降，其在150A的电流下代表105W的功率。二极管可以包括一个或多个半导体组件。

在这个示例中，跨协议适配器使用EVSE104来获得适配器功率124(即，通过从经过连接器108D的充电器启动/停止一号中继来汲取功率)。在其他实施方式中，适配器可代替地或附加地利用一个或多个其他连接来获得功率。例如，并且不作为限制，功率可以来自AC插座、车辆106(例如，电池118)或其他电池(未示出)。

图2示出了示例的跨协议适配器202的第一端200的立视图。在所图示的实施例中，第一端与用在特定Tesla Motors车辆上的充电端口兼容。特别地，第一端为根据标准IEC62196-2的三相“类型2”连接器。跨协议适配器具有将在下面进行举例说明的第二端204。

在这个示例中，第一端200以及第二端204安装在壳体206上。适配器的相应端以及壳体可以利用任何适合的技术由任何适合的材料制成。在一些实施方式中，(多个)组件可以用塑料或其他聚合物进行模塑(为一件或多件)。例如，并且不作为限制，第一端和第二端可以作为单独的部件制备，并且随后接合到主体壳体中。电路(例如在图1中适配器102的组件)由此可以基本上位于壳体内，而触点延伸穿过相应的第一端和第二端以用于与外部设备(例如，EVSE或车辆)相连接。

第一端200具有连接器208A-208E。在一些实施方式中，连接器对应于各自的连接器116A-116E(图1)。例如，连接器包括功率供应连接器208A和208B、接地连接器208C、邻近连接器208D以及引导连接器208E。当跨协议适配器202附接到车辆时(例如，“***”)，连接器208A-208E提供在车辆组件和适配器的组件之间的适当的耦接。

在这个示例中，第一端200和第二端204位于适配器202的基本上相对端。这个配置对于使用适配器而言是便利的，因为第一端可以配合接入待充电的设备(例如，车辆)的充电端口并且第二端提供了用于附接(例如，***)一些EVSE的连接器的接口。例如，当车辆使用SAE J1772(或Tesla Motors)充电协议时，并且EVSE使用在接触器接驳之前并不对总线赋能的充电协议(例如，CHAdeMO)时，EVSE连接器被***适配器，而适配器本身被***车辆。

图3示出了图2中的示例性跨协议适配器202的第二端204的立视图。此处，壳体206为部分可见的。第二端包括促进接收EVSE连接器(此处，CHAdeMO连接器)的连接器端口300A-300D。每个连接器端口可以被指定用于一个或多个连接器。此处，例如连接器端口300A分别包括接地连接器、充电器启动/停止一号连接器以及充电启用/禁用连接器；连接器端口300B分别包括连接检查连接器、CAN-H连接器、CAN-L连接器以及充电器启动/停止二号连接器；并且连接器端口300C以及300D包括相应的正高电压功率供应和负高电压功率供应。

在上面的示例中，对应于一个充电协议的连接器(例如，SAEJ1772连接器)以及用于另一个充电协议(例如，CHAdeMO)的连接器包括在相同的普通壳体中(其例如可以是由硬或半硬的材料制成)。然而在其他的实施方式中，两个或多个壳体可以用于适配器各个部分。图4示出了另一个示例的跨协议适配器400的立视图。所述适配器包括通过线缆406耦接到第二连接器404的第一连接器402。在这个实施方式中，第一连接器402根据Tesla Motors充电协议进行操作(并且设计为配接Tesla Motors充电端口)，而第二连接器404根据CHAdeMO充电协议进行操作(并且设计为接收CHAdeMO充电插头)。

在使用中，第一连接器402可以被***待充电的设备(例如，车辆)的充电端口，该充电端口位于地面上方一定距离处(例如，在车辆主体上)。线缆406的长度允许第二连接器404在CHAdeMO插头***之前、***期间和/或之后放置成距离设备(例如，在地面上)有一定距离。例如，线缆长度可以大约为4英尺-5英尺。

跨协议适配器400的电路和其他组件可以基本上全部位于第一连接器402中，或基本上全部位于第二连接器404中，或可以分布在两个连接器二者中。再次简要参照图1，适配器102的组件可以位于第二连接器404中(例如，CHAdeMO接收器)，除了可以位于第一连接器402中的连接器116A-116E。也就是说，线缆406可以一方面提供在处理器和其他适配器组件之间的耦接，而另一方面提供与SAEJ1772标准相兼容的连接器的耦接。

线缆406可以采用任何适合的材料制成。例如，线缆可以包括五个线路，每个对应于连接器116A-116E(图1)中的一个。作为另一个示例，线缆可以包括九个线路，每一个对应于连接器108A-108I(图1)中的一个。在一些实施方式中，可以采用其他数量的线路或导线。

已经作为示例描述了一些实施方式。然而，其他的实施方式由下述的权利要求所覆盖。

Claims

1.一种用于待经由总线进行充电的设备的跨协议充电适配器，所述适配器包括：

第一连接器，其对应于第一充电协议，所述第一充电协议要求所述总线在所述设备接驳到所述总线上之前为带能的；

第二连接器，其对应于第二充电协议，所述第二充电协议在所述设备接驳到所述总线上之前并不对所述总线进行赋能；以及

升压变换器，其耦接到所述总线以及耦接到第二连接器中的至少一个，其中所述升压变换器利用来自所述第二连接器的能量来在所述设备接驳到所述总线上之前对所述总线进行赋能。

2.根据权利要求1所述的跨协议充电适配器，进一步包括处理器，其触发所述升压变换器对所述总线进行赋能。

3.根据权利要求2所述的跨协议充电适配器，其中所述处理器被配置为在所述设备和充电设备之间执行握手，所述充电设备耦接到所述第二连接器。

4.根据权利要求1所述的跨协议充电适配器，其中所述第二充电协议利用充电器启动/停止连接器来发送开始充电信号，并且其中所述升压变换器从所述充电器启动/停止连接器获得能量。

5.根据权利要求1所述的跨协议充电适配器，进一步包括在所述总线中的二极管。

6.根据权利要求1所述的跨协议充电适配器，其并入到单一的壳体中。

7.根据权利要求1所述的跨协议充电适配器，其分布在至少两个通过线缆连接的壳体中。

8.一种在用于待经由总线进行充电的设备的充电协议之间进行适配的方法，所述方法包括：

在充电***和待充电的所述设备之间耦接总线，其中所述设备遵从第一充电协议，所述第一充电协议要求所述总线在所述设备接驳到所述总线上之前为带能的，并且其中所述充电***遵从第二充电协议，所述第二充电协议在所述设备接驳到所述总线上之前并不对所述总线进行赋能；

从所述充电***的模拟控制线汲取能量；并且

利用所汲取的能量在所述设备接驳到所述总线上之前对所述总线进行赋能。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括在所述设备接驳到所述总线上之前在所述设备和所述充电***之间执行握手。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述模拟控制线包括充电器启动/停止连接器。

11.一种用于待经由总线进行充电的车辆的跨协议充电适配器，所述适配器包括：

第一连接器，其对应于第一充电协议，所述第一充电协议要求所述总线在所述车辆接驳到所述总线上之前为带能的，所述第一连接器包括：(i)至少两个耦接到所述车辆的电池的功率供应，(ii)接地，(iii)邻近连接器，以及(iv)引导连接器；

第二连接器，其对应于第二充电协议，所述第二充电协议在所述车辆接驳到所述总线上之前并不对所述总线进行赋能，所述第二连接器包括：(i)至少两个耦接到充电***以及耦接到总线的功率供应，(ii)接地连接器，(iii)至少两个充电器启动/停止连接器，(iv)邻近连接器，(v)充电启动/停止连接器，以及(vi)至少两个CAN连接器；

升压变换器，耦接到所述总线以及耦接到所述充电器启动/停止连接器中的至少一个连接器；以及

处理器，其导致所述升压变换器从所述充电器启动/停止连接器汲取能量并且利用所汲取的能量来在所述车辆接驳到所述总线上之前对所述总线进行赋能。

12.根据权利要求11所述的跨协议充电适配器，其中所述处理器被配置为在所述车辆和所述充电***之间执行握手。

13.根据权利要求11所述的跨协议充电适配器，进一步包括在所述总线中的二极管。

14.根据权利要求11所述的跨协议充电适配器，其并入到单一的壳体中。

15.根据权利要求11所述的跨协议充电适配器，其分布在至少两个通过线缆连接的壳体中。

16.根据权利要求11所述的跨协议充电适配器，其中所述充电***被配置用于双线CAN通信并且所述车辆被配置用于单线CAN通信，所述适配器进一步包括：耦接到所述至少两个CAN连接器的双线CAN组件，以及耦接到所述车辆的单线CAN组件，其中所述处理器在双线CAN通信和单线CAN通信之间进行转化。