DE102021129834A1

DE102021129834A1 - Verfahren und System zum Steuern eines Onboard-Batterieladegeräts eines Elektrofahrzeugs für das Handhaben von Schwankungen der Versorgungsspannung

Info

Publication number: DE102021129834A1
Application number: DE102021129834.2A
Authority: DE
Inventors: Victor Saborido Rodriguez; Cesar Ruano Alvarez; Adria Marcos Pastor; Sergio Martinez Porras
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-06-09
Also published as: US20220176838A1; CN114604114B; CN114604114A

Abstract

Ein Onboard-Ladegerät (OBC) eines Elektrofahrzeugs (EV) empfängt Wechselstrom von einer Ladestation und gibt einen Ausgabegleichstrom für das Laden einer Antriebsbatterie des EV aus. In Reaktion auf Schwankungen in dem Wechselstrom, während das OBC den Wechselstrom von der Ladestation empfängt und den Ausgabegleichstrom ausgibt, steuert eine Steuereinrichtung das OBC (i) für das Stoppen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für das Reduzieren des Ausgabegleichstroms und (ii) für das Wiederaufnehmen, nachdem die Schwankungen vorbei sind, der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für das Erhöhen des Ausgabegleichstroms. Zum Beispiel wird das OBC bei einem Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms, nachdem die Schwankungen vorbei sind, gesteuert für das Wiederaufnehmen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für das Erhöhen des Ausgabegleichstroms.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/123,064 vom 9. Dezember 2020, die hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Steuern des Betriebs eines Onboard-Batterieladegeräts eines Elektrofahrzeugs, das gleichzeitig mit anderen Elektrofahrzeugen Strom von einer gemeinsamen Ladestation empfängt.
HINTERGRUND
Ein Onboard-Batterieladegerät (On-Board Battery Charger bzw. OBC) eines Elektrofahrzeugs (Electric Vehicle bzw. EV) verwendet Strom von einer Ladestation für das Laden einer Antriebsbatterie des EV. Im Betrieb steckt ein Bediener ein EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment) einer Ladestation in das EV, um die Ladestation mit dem EV zu verbinden. Das EVSE führt dann Strom von der Ladestation zu dem OBC zu. Das OBC wandelt den von der Ladestation empfangenen Strom zu einer für das Laden der Antriebsbatterie geeigneten Form. Das OBC gibt den gewandelten Strom für das Laden der Antriebsbatterie aus.
Die Ladestation ist hier eine Mehrfach-EVSE-Ladestation mit mehreren EVSEs. Die mehreren EVSEs können in mehrere EVs eingesteckt werden, um die Ladestation gleichzeitig mit den EVs zu verbinden. Die mehreren EVSEs führen Strom von der Ladestation zu den OBCs der EVs zu. Auf diese Weise empfangen die OBCs der EVs gleichzeitig Strom von der Ladestation und verwenden diesen für das Laden der Antriebsbatterien der EVs.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System und ein Verfahren für das Steuern eines Onboard-Batterieladegeräts (On-Board Battery Charger bzw. OBC) eines Elektrofahrzeugs (Electric Vehicle bzw. EV) vorzusehen, damit das OBC während des Empfangens von Strom von einer Ladestation für das Laden einer Antriebsbatterie des EV robust mit Spannungsschwankungen in dem von der Ladestation zugeführten Strom umgehen kann.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein System und ein Verfahren für das Steuern eines OBC eines EV vorzusehen, damit das OBC während des Empfangens von Strom von einer Ladestation für das Laden einer Antriebsbatterie des EV robust mit Spannungsschwankungen in dem von der Ladestation zugeführten Strom umgehen kann, wenn ein anderes OBC eines anderen EV gleichzeitig mit dem Empfangen von Strom von der Ladestation beginnt.
Um wenigstens eine der oben genannten und/oder andere Aufgaben zu lösen, wird ein System zum Laden einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs vorgesehen. Das System umfasst ein Onboard-Batterieladegerät und eine Steuereinrichtung. Das OBC ist konfiguriert zum Empfangen eines Wechselstroms von einer Ladestation und zum Ausgeben eines Ausgabegleichstroms für das Laden der Antriebsbatterie. Die Steuereinrichtung ist konfiguriert zum, in Reaktion auf Schwankungen in dem Wechselstrom, während das OBC den Wechselstrom von der Ladestation empfängt und den Ausgabegleichstrom ausgibt, Steuern des OBC (i) für das Stoppen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für das Reduzieren des Ausgabegleichstroms und (ii) für das Wiederaufnehmen, nachdem die Schwankungen vorbei sind, der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für das Erhöhen des Ausgabegleichstroms.
In Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung weiterhin konfiguriert zum Steuern des OBC bei einem Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms, nachdem die Schwankungen vorbei sind, für das Wiederaufnehmen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für das Erhöhen des Ausgabegleichstroms.
Das Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms kann das Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms sein, das unmittelbar nachdem die Steuereinrichtung erfasst hat, dass die Schwankungen vorbei sind, auftritt, oder kann das Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms sein, das einige Zeit danach auftritt.
In Ausführungsformen umfasst das OBC einen Leistungsfaktorkorrektor (Power Factor Corrector bzw. PFC) und einen DC/DC-Wandler. Der PFC empfängt den Wechselstrom von der Ladestation, sodass das OBC für das Empfangen des Wechselstroms von der Ladestation konfiguriert ist, und der DC/DC-Wandler gibt den Ausgabegleichstrom für das Laden der Antriebsbatterie aus, sodass das OBC für das Ausgeben des Ausgabegleichstroms zu der Antriebsbatterie konfiguriert ist.
In wenigstens einigen dieser Ausführungsformen umfasst das OBC weiterhin einen Zwischenkreiskondensator, der zwischen dem PFC und dem DC/DC-Wandler angeordnet ist, und ist die Steuereinrichtung weiterhin konfiguriert zum derartigen Steuern des OBC, dass der Zwischenkreiskondensator entlädt und Gleichstrom für den DC/DC-Wandler zuführt, um den reduzierten Ausgabegleichstrom auszugeben, während das OBC gesteuert wird, um die Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation durch den PFC zu stoppen. Die Steuereinrichtung kann weiterhin konfiguriert sein zum derartigen Steuern des OBC, dass der Zwischenkreiskondensator geladen wird, wenn das OBC gesteuert wird, um die Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation wiederaufzunehmen.
In Ausführungsformen ist der Wechselstrom eine Netzwechselspannung und sind die Schwankungen in dem Wechselstrom Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung. In wenigstens einigen dieser Ausführungsformen ist das Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms, nachdem die Schwankungen vorbei sind, ein Nulldurchgangsereignis der Netzwechselspannung, nachdem die Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung vorbei sind.
In Ausführungsformen treten die Schwankungen in dem Wechselstrom auf, wenn ein anderes Elektrofahrzeug Wechselstrom von der Ladestation empfängt, während das OBC den Wechselstrom von der Ladestation empfängt.
Um wenigstens eine der oben genannten und/oder andere Aufgaben zu lösen, wird ein Verfahren zum Laden einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Empfangen, durch ein OBC des Elektrofahrzeugs, eines Wechselstroms von der Ladestation und das Ausgeben, durch das OBC, eines Ausgabegleichstroms für das Laden der Antriebsbatterie. Das Verfahren umfasst weiterhin das Erfassen von Schwankungen in dem Wechselstrom, während das OBC den Wechselstrom von der Ladestation empfängt, und das Ausgeben des Ausgabewechselstroms. Das Verfahren umfasst weiterhin das Steuern des OBC, während die Schwankungen vorhanden sind, für ein Stoppen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für ein Reduzieren der Wechselstromausgabe. Das Verfahren umfasst weiterhin das Steuern des OBC bei einem Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms, nachdem die Schwankungen vorbei sind, für ein Wiederaufnehmen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für das Erhöhen des Ausgabewechselstroms.
Um wenigstens eine der oben genannten und/oder andere Aufgaben zu lösen, wird ein weiteres System zum Laden einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs vorgesehen. Das System umfasst ein OBC, das einen Leistungsfaktorkorrektor (Power Factor Corrector PFC), einen DC/DC-Wandler und einen Zwischenkreiskondensator, der zwischen dem PFC und dem DC/DC-Wandler angeordnet ist, aufweist. Der PFC empfängt eine Netzwechselspannung von einer Ladestation. Der Zwischenkreiskondensator wird durch den PFC zu einem Gleichspannung-Sollwert geladen. und der DC/DC-Wandler empfängt Gleichstrom von dem Zwischenkreiskondensator, um einen Ausgabegleichstrom mit einem Gleichstrom-Sollwert für das Laden der Antriebsbatterie auszugeben. Das System umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung, die konfiguriert ist zum Erfassen von Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung, während das PFC die Netzwechselspannung empfängt, der Zwischenkreiskondensator zu dem Gleichspannung-Sollwert geladen wird und der DC/DC-Wandler den Ausgabegleichstrom bei dem Gleichstrom-Sollwert ausgibt. Die Steuereinrichtung ist weiterhin konfiguriert zum Steuern des OBC für das Stoppen, in Reaktion auf das Erfassen von Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung, des Betriebs des PFC und für das Reduzieren des Ausgabegleichstroms, sodass der Zwischenkreiskondensator von dem Gleichspannung-Sollwert entlädt, und dann für das Wiederaufnehmen des Betriebs des PFC bei einem Nulldurchgangsereignis der Netzwechselspannung, nachdem die Spannungsschwankungen vorbei sind, um den Zwischenkreiskondensator wieder zu dem Gleichspannung-Sollwert zu laden und den Ausgabegleichstrom zurück zu dem Gleichstrom-Sollwert zu erhöhen.
Ein OBC gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist eine Beständigkeit gegenüber einer Unterspannung eines Wechselstromnetzes auf. Hierzu implementiert die Steuereinrichtung des OBC einen Verwaltungsalgorithmus, um mit Unterspannungsschwankungen in einer Umgebung für ein paralleles Laden von Fahrzeugen umzugehen, wenn das OBC eine Antriebsbatterie eines EV unter Verwendung eines durch die Fahrzeugladeumgebung bereitgestellten Stroms lädt.
Die Steuereinrichtung führt allgemein die folgenden Operationen für das Implementieren des Verwaltungsalgorithmus durch:

- Erfassen eines tiefen Spannungsabfalls (z.B. einer Spannungsschwankung), die durch die Leerkapazität eines anderen EV, das mit der gleichen Netzwechselstromquelle (über ein Mehrfach-EVSE-System) verbunden ist, verursacht wird;
- Stoppen einer Eingangsstufe des OBC (d.h. Stoppen des Betriebs des PFC des OBC), und Reduzieren des Ausgabestroms des OBC etwa um 50%, während die Stromversorgung von dem internen Zwischenkreis-Massenspeicherkondensator des OBC aufrechterhalten wird (durch das Stoppen des Betriebs des PFC während der Spannungsschwankung wird ein Betrieb des PFC unter einer derartigen Spannungsschwankung verhindert, während das OBC mit der Netzwechselstromquelle verbunden bleibt);
- nachdem erfasst wird, dass der Spannungsabfall vorbei ist, Synchronisieren mit dem nächsten Netzwechselstrom-Nulldurchgangsereignis, um den Betrieb des OBC wiederaufzunehmen, damit der Massenspeicherkondensator über den PFC zu dem erwarteten Sollwert geladen wird;
- sobald der Massenspeicherkondensator bei dem Sollwert ist, Wiederaufnehmen des Ladens der Antriebsbatterie des EV mit dem angeforderten Ausgabestrom.

Durch das Implementieren des Verwaltungsalgorithmus verhindert die Steuereinrichtung einen unerwarteten und unerwünschten Ladestopp, nachdem ein zweites EV mit der gleichen Netzwechselstromversorgung über ein Mehrfach-EVSE-System verbunden wurde. Im Gegensatz dazu gehen gewöhnliche OBCs zu einem Aus-Zustand über, da sie einen Wechselstromeingabefehler annehmen, wobei dann ein manueller Neustart erforderlich ist.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Stromübertragungssystems, das eine Ladestation für ein gleichzeitiges Laden von Elektrofahrzeugen aufweist, wobei nur ein Elektrofahrzeug (EV) mit der Ladestation verbunden ist.
2 ist ein Blockdiagramm eines Teils des Stromübertragungssystems, wobei mehrere (z.B. zwei) EVs gleichzeitig mit der Ladestation verbunden sind.
3 ist ein anderes Blockdiagramm des Teils des Stromübertragungssystems von 2.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Betriebssequenz zeigt, die ein erstes EV, ein zweites EV und die Ladestation betrifft.
5 ist ein Blockdiagramm eines Onboard-Ladegeräts (OBC) eines EV.
6 ist ein Kurvendiagramm mit einer Kurve der Netzwechselspannung von der Ladestation mit Spannungsschwankungen, die zu einer Zeit t₁ beginnen und danach für eine Dauer von einigen Millisekunden auftreten, wobei die Spannungsschwankungen erzeugt werden, wenn ein EV mit der Ladestation verbunden wird.
7A ist ein Kurvendiagramm mit Kurven der Netzwechselspannung, eines Eingabewechselstroms, einer Hauptkondensatorspannung und eines von dem OBC des EV zu der Antriebsbatterie des EV zugeführten Ausgabegleichstroms während des Betriebs des OBC, wobei das OBC ein typisches OBC ist, das nicht ausgebildet ist, um Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung auf geeignete Weise zu handhaben.
7B ist ein dem Kurvendiagramm von 7A entsprechendes Kurvendiagramm, wobei das OBC gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, um die Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung auf geeignete Weise zu handhaben.
8 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Verfahrens und eines Systems zum Steuern des OBC für das Umgehen mit Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung, die durch ein Laden von mehreren Fahrzeugen verursacht weden, zeigt.
9 ist ein Kurvendiagramm, das eine Kurve einer gleichgerichteten Eingabewechselspannung, die von einem Wechselstrom-Gleichrichter eines PFC des OBC ausgegeben wird, zeigt.
10 umfasst ein Blockdiagramm einer Steuereinrichtung des OBC und ein Kurvendiagramm mit einer Kurve eines Teils der Netzwechselspannung mit Spannungsschwankungen, wobei das Blockdiagramm der Steuereinrichtung und das Kurvendiagramm mit der Kurve des Teils der Netzwechselspannung aufeinander bezogen sind, um den Betrieb der Steuereinrichtung für das Erfassen eines durch Spannungsschwankungen verursachten Wechselspannungsabfalls gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu erläutern.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die vorliegende Erfindung sind, die auch durch verschiedene alternative Ausführungsformen verkörpert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei einige Merkmale vergrößert oder verkleinert gezeigt sein können, um Details bestimmter Komponenten zu verdeutlichen. Die hier beschriebenen spezifischen Details des Aufbaus und der Funktion sind deshalb nicht einschränkend aufzufassen, sondern lediglich als repräsentative Basis für den Fachmann, der die vorliegende Erfindung umsetzen möchte.
In 1 ist ein elektrisches Stromübertragungssystem 10 gezeigt, das eine Ladestation 12 für ein gleichzeitiges Laden von mehreren Elektrofahrzeugen (EVs) umfasst. EVs sind entweder hybride Elektrofahrzeuge, die eine Antriebsbatterie, einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotorenthalten, oder reine Elektrofahrzeuge, die eine Antriebsbatterie und einen Elektromotor, aber keinen Verbrennungsmotor enthalten. Zusätzlich zu der Ladestation 12 umfasst das Stromübertragungssystem 10 ein Hochspannung (HV)-Verteilungsnetz 14 und einen lokalen Transformator 16. Das HV-Verteilungsnetz 14 führt Strom zu dem lokalen Transformator 16 zu. Der lokale Transformator 16 wandelt den von dem HV-Verteilungsnetz 14 empfangenen Strom zu einem Netzwechselstrom, der eine Netzwechselspannung 18 (z.B. 85 Vac - 265 Vac) aufweist. Die Netzwechselspannung 18 weist eine Sinuswellenform wie in 1 gezeigt auf. Die Ladestation 12 ist mit dem lokalen Transformator 16 derart verbunden, dass die Ladestation als eine Quelle für den Netzwechselstrom funktioniert.
Die Ladestation 12 weist mehrere EVSEs (Electrical Vehicle Supply Equipments) auf. In dem Beispiel von 1 umfasst die Ladestation 12 ein EVSE1 20a, ein EVSE2 20b und ein EVSE3 20c. Das EVSE1, das EVSE2 und das EVSE3 können jeweils in erste, zweite und dritte EVs eingesteckt werden, um die Ladestation 12 mit jeweils den ersten, zweiten und dritten EVs zu verbinden. Weil die Ladestation 12 eine Mehrfach-EVSE-Ladestation ist, ermöglicht sie ein Parken mit mehreren Ladepunkten für mehrere EVs.
In der Situation von 1 ist nur ein EV (nämlich ein erstes EV 22a) mit der Ladestation 12 verbunden. Ladepunkte in Entsprechung zu dem EVSE2 und dem EVSE3 werden nicht verwendet. In diesem Fall wird das EVSE1 in ein erstes EV 22a eingesteckt, um die Ladestation 12 mit dem ersten EV zu verbinden. Wie durch den geschlossenen Schalter des EVSE1 angedeutet, empfängt das EV 22a Strom von der Ladestation 12 über das EVSE1. Folglich wird die Antriebsbatterie des ersten EV 22a mit Strom von der Ladestation 12 geladen.
Damit die Antriebsbatterie des ersten EV 22a mit Strom von der Ladestation 12 geladen wird, wandelt ein Onboard-Ladegerät (On-Board Charger bzw. OBC) des ersten EV den Strom von der Ladestation 12 zu einer für das Laden der Antriebsbatterie geeigneten Form. Das OBC gibt den gewandelten Strom zu der mit dem gewandelten Strom zu ladenden Antriebsbatterie. Auf diese Weise verwendet das OBC Strom von der Ladestation 12, um die Antriebsbatterie zu laden.
EVs werden immer beliebter, sodass entsprechend auch die Anzahl von Ladestationen, an denen EVs aufgeladen werden können, steigt. Benutzer von EVs sind es gewohnt, Mehrfach-EVSE-Ladestationen wie etwa die Ladestation 12 an Supermarkt-Parkplätzen, Autobahn-Ladestationen usw. vorzufinden, wobei diese gewöhnlich als „Ladepunkte“ bezeichnet werden. Eine kostengünstige Möglichkeit für einen Entwurf der elektrischen Infrastruktur für das Versorgen von mehreren Ladepunkten ist darin gegeben, das gleiche Wechselstromnetz für alle Ladepunkte zu verwenden, wobei sichergestellt wird, dass die Summe der Nennleistungen der Ladepunkte die Nennleistungsfähigkeiten des Wechselstromnetzes nicht überschreitet.
Das Blockdiagramm von 2 zeigt einen Teil eines Stromübertragungssystems 10, in dem mehrere EVs gleichzeitig mit der Ladestation 12 verbunden sind. Die mehrere EVs umfassen ein erstes EV 22a und ein zweites EV 22b. Ein Problem ist darin gegeben, dass bei der Verbindung eines EV mit einem Ladepunkt die Netzwechselspannung 18 vorübergehend für eine Dauer von einigen Millisekunden verzerrt wird. Wenn zum Beispiel wie in 2 gezeigt ein EV zu der Zeit t₁ mit einem Ladepunkt verbunden wird, erfährt die Netzwechselspannung 18 Spannungsschwankungen 24, die zu der Zeit t₁ beginnen und danach für eine Dauer von einigen Millisekunden auftreten. Die Spannungsschwankungen 24 der Netzwechselspannung 18 werden dadurch verursacht, dass das OBC des EV mit dem Ladepunkt verbunden wird.
Wenn also ein EV mit einem Wechselstromnetz verbunden wird, das bereits andere EVs lädt, können die Spannungsschwankungen der Netzwechselspannung den Ladeprozess der anderen bereits an parallelen Ladepunkten ladenden EVs stoppen, wenn die OBCs dieser anderen EVs nicht entsprechend mit derartigen Spannungsschwankungen umgehen können. Folglich können Fahrer von EVs durch andere Fahrer von EVs, die die gleiche Parkstation verwenden, gestört werden.
Wenn zum Beispiel ein zweites EV 22b mit der Ladestation 12 verbunden wird, die bereits ein erstes EV 22a über das EVSE1 lädt, verursacht das OBC des zweiten EV Spannungsschwankungen 24 der Netzwechselspannung 18, wenn das OBC des ersten EV nicht entsprechend mit den Spannungsschwankungen umgehen kann, wobei das EVSE1 dann unter Umständen davon ausgeht, dass das Laden des ersten EV abgeschlossen ist, und deshalb das Laden des ersten EV beendet. In Abhängigkeit von der Reaktion des OBC eines über ein EVSE durch die Ladestation 12 ladenden EV auf bei einer Verbindung eines anderen EV mit der Ladestation erzeugte Spannungsschwankungen 24 kann das EVSE des ladenden EV unter Umständen davon ausgehen, dass die Ladesitzung beendet ist, und öffnet seine Kontakte dauerhaft. (Insbesondere betrachtet das OBC die eingehende Wechselspannung als fehlerhaft und stoppt das Laden, um eine Beschädigung des Systems zu verhindern, wobei das OBC dann das EVSE darüber informiert, dass das Laden gestoppt wurde, und das EVSE die Relais öffnet.) Deshalb wird die Antriebsbatterie des EV, die durch die Ladestation 12 geladen wird, unter Umständen nicht vollständig geladen.
Diese das erste EV 22a und das zweite EV 22b betreffende Situation ist in 2 gezeigt. Das erste EV 22a wird durch die Ladestation 12 über das EVSE1 der Ladestation geladen. Anschließend wird das zweite EV 22b mit der Ladestation 12 zu der Zeit t₁ verbunden. Das zweite EV 22b wird mit der Ladestation 12 über das OBC des zweiten EV verbunden, das mit dem EVSE2 der Ladestation verbunden ist. Das sich mit der Ladestation 12 verbindende zweite EV 22b wird in 2 durch einen sich zu einer geschlossenen Position bewegenden Schalter des EVSE2 angegeben. Das sich mit der Ladestation 12 zu der Zeit t₁ verbindende zweite EV 22b verursacht, dass die Netzwechselspannung 18 Spannungsschwankungen zu der Zeit t₁ und für eine Dauer von einigen Millisekunden danach aufweist. Das OBC des ersten EV 22a erfährt Spannungsschwankungen 24, während das erste EV durch die Ladestation 12 geladen wird. Wenn das OBC des ersten EV 22a nicht entsprechend mit den Spannungsschwankungen 24 umgehen kann und dementsprechend reagiert, beendet das EVSE1 das Laden des ersten EV durch die Ladestation. Das Beenden des Ladens des ersten EV 22a durch die Ladestation 12 wird in 2 dadurch angegeben, dass sich ein Schalter des EVSE1 zu einer geöffneten Position bewegt. Folglich wird das Laden des ersten EV 22a gestoppt, bevor die Antriebsbatterie des ersten EV vollständig geladen wurde.
3 zeigt aufbauend auf 1 und 2 ein weiteres Blockdiagramm des Teils des Stromübertragungssystems 10. In der in 3 gezeigten Situation sind ein erstes EV 22a und ein zweites EV 22b mit der Ladestation 12 jeweils über ein EVSE1 und ein EVSE2 verbunden.
3 soll die Hauptursache für das Problem der Spannungsschwankungen 24 verdeutlichen. Die Hauptursache für das Problem ist in den EMI-Filter-Cx-Kondensatoren der OBCs der EVs, einer Ausgabeimpedanz des lokalen Transformators 16 und einer Impedanz eines Kabels 26 zwischen dem lokalen Transformator 16 und den OBCs gegeben. Es ist üblich, dass ein lokaler Transformator 16 in einer Entfernung angeordnet ist, die viel größer als die Distanz zwischen den Ladepunkten ist. Die parasitäre Induktivität und der Widerstand des Kabels 26 begrenzt die Fähigkeiten des lokalen Transformators für eine Neutralisierung der durch das OBC2 des nachfolgend verbundenen zweiten EV 22b verursachten Spannungsschwankungen. Dies hat eine begrenzte Fähigkeit des lokalen Transformators 16 für eine Absorption von durch eine Verbindung von EVs mit dem Wechselstromnetz verursachten Spannungsschwankungen zur Folge. (Der entladene Kondensator des OBC2 verursacht Schwankungen, wenn das OBC2 über das EVSE2 mit dem Wechselstromnetz verbunden ist.)
Das Blockdiagramm von 4 zeigt eine Zeitsequenz des ersten EV 22a, des zweiten EV 22b und der Ladestation 12. Wie in 4 gezeigt, ist zu einer anfänglichen Zeit t₀ nur das erste EV 22a mit der Ladestation 12 verbunden. Das erste EV 22a ist über das EVSE1 mit der Ladestation verbunden. Während der Zeitdauer von der Zeit t₀ zu der folgenden Zeit t₁ ist die Netzspannung 18 von der Ladestation 12 rein. Das OBC des ersten EV 22a empfängt die Netzspannung 18 für das Laden der Antriebsbatterie des ersten EV, wobei das OBC des ersten EV den Ladeprozess normal handhabt, weil die Netzspannung rein ist.
Dann wird zu der Zeit t₁, während das erste EV 22a mit der Ladestation 12 verbunden ist, das zweite EV 22b über das EVSE2 mit der Ladestation verbunden. Die Verbindung des zweiten EV 22b mit der Ladestation 12 verursacht, dass Spannungsschwankungen 24 der Netzspannung 18 erzeugt werden. Die Spannungsschwankungen 24 beginnen zu der Zeit t₁ und treten für eine Dauer von einigen Millisekunden danach auf. Das OBC des ersten EV 22a erfährt Spannungsschwankungen 24, während das erste EV durch die Ladestation 12 geladen wird.
Dann beendet zu der Zeit t₂, während das OBC des ersten EV 22a die Spannungsschwankungen 24 erfährt, das EVSE1 das Laden des ersten EV durch die Ladestation 12. Folglich wird das Laden des ersten EV 22a gestoppt, bevor die Antriebsbatterie des ersten EV vollständig geladen ist. Das zweite EV22b wird weiterhin durch die Ladestation 12 geladen, da das OBC des zweiten EV keine Spannungsschwankungen 24 erfährt, weil dieses OBC gerade mit der Ladestation verbunden wird und nicht wie das OBC des ersten EV 22a bereits mit der Ladestation verbunden war.
Wegen der kapazitiven Eingabe der EVs wird, wenn das zweite EV 22b für ein Laden in einer Mehrfach-EVSE-Ladestation 12 verbunden wird, eine Unterspannungsspitze (d.h. Spannungsschwankungen 24) für die Wechselstromeingabe (d.h. die Netzspannung 18) des bereits verbundenen ersten EV 22a erzeugt (dies entspricht der Zeit t₁ in 4). Das bereits ladende OBC (d.h. das OBC des ersten EV 22a) betrachtet diese Unterspannung als einen Eingabefehler und stoppt das Laden (dies entspricht der Zeit t₂ von 4) bis zu einer manuellen Rücksetzung (Fahrzeugsicherheitsfunktion). Ein unerwünschtes Stoppen des Fahrzeugs, das durch die Verbindung eines anderen Fahrzeugs für ein Laden verursacht wird, sollte vermieden werden.
5 ist ein Blockdiagramm eines OBC 30 eines EV. Das OBC 30 umfasst einen Leistungsfaktorkorrektor (PFC) 32, einen Zwischenkreiskondensator (oder Hauptkondensator) 34 und einen DC/DC-Wandler 36 („DC“ (Direct Current) steht für Gleichstrom). Das OBC 30 ist ein Onboard-Ladegerät in einem EV für das Laden einer Antriebsbatterie (Hochspannung-Gleichstrombatterie) 38 des EV.
Das OBC 30 basiert auf zwei kaskadierten Stromwandlungsstufen (nämlich einer Leistungsfaktorkorrekturstufe, zu der der PFC 32 gehört, und einer DC/DC-Wandlungsstufe, zu der der DC/DC-Wandler 36 gehört), wobei ein AC-EMI-Filter 40 und ein DC-EMI-Filter 42 jeweils in Entsprechung zu den Stufen vorgesehen sind. Das AC-EMI-Filter 40 ist zwischen dem Wechselstromnetz und dem Eingangsende des PFC 32 angeordnet. Das DC-EMI-Filter 42 ist zwischen dem Ausgangsende des DC/DC-Wandlers 36 und der Antriebsbatterie 38 angeordnet. Der Zwischenkreiskondensator 34 ist zwischen dem PFC 32 und dem DC/DC-Wandler 36 angeordnet.
Allgemein wandelt der PFC 32 einen von der Ladestation 12 über ein EVSE der Ladestation empfangenen Wechselstrom zu einem Gleichstrom und führt den Gleichstrom zu dem Zwischenkreiskondensator 34 zu, wobei er einen Leistungsfaktor nahe einer Einheit hält. Der PFC 32 wird derart gesteuert, dass die Spannung des Zwischenkreiskondensators 34 zu einem gewünschten Gleichspannungspegel geregelt wird. Die Spannung des Zwischenkreiskondensators 34 ist die Eingangsspannung des DC/DC-Wandlers 36. Der DC/DC-Wandler 36 wandelt die Eingangsspannung zu einem höheren/niedrigeren Gleichspannungspegel in Entsprechung zu dem Ladestatus der Antriebsbatterie 38. Dieser Gleichspannungspegel ist die Ausgabespannung des DC/DC-Wandlers 36. Die Antriebsbatterie 38 wird mit dem Ausgabegleichstrom von dem DC/DC-Wandler 36 zu der Ausgabespannung des DC/DC-Wandlers geladen.
Der durch das OBC 30 von der Ladestation 12 empfangene Wechselstrom kann eine Netzversorgung mit einer, zwei oder drei Phasen sein. Dabei kann die Netzwechselspannung 18 eine Netzwechselspannung mit einer, zwei oder drei Phasen sein. Der Einfachheit halber ist die Ladestation 12 eine Netzversorgung mit einer Phase. Deshalb weist das hier beschriebene OBC 30 einen einzelnen Satz aus dem PFC 32 und dem DC/DC-Wandler 36 auf. Wenn die Netzwechselspannung 18 eine Netzwechselspannung mit zwei (drei) Phasen ist, enthält das OBC 30 zwei (drei) Sätze aus jeweils einem PFC 32 und einem DC/DC-Wandler 36 für die zwei (drei) Phasen.
Das OBC 30 enthält weiterhin eine Steuereinrichtung 44. Die Steuereinrichtung 44 ist eine elektronische Einrichtung wie etwa ein Prozessor, ein Mikrocontroller oder ähnliches (z.B. ein Computer). Die Steuereinrichtung 44 kommuniziert mit dem PFC 32 und dem DC/DC-Wandler 36, um Operationen des PFC und des DC/DC-Wandlers zu steuern. Zum Beispiel steuert die Steuereinrichtung 44 den PFC 32 für das Wandeln des Wechselstroms von der Ladestation 12 zu einem Gleichstrom und für das Ausgeben des Gleichstroms zu dem Zwischenkreiskondensator 34. Dazu steuert die Steuereinrichtung 44 entsprechend das Schalten und die Schaltdauer von Leistungstransistorschaltern (schematisch in 5 gezeigt) des PFC 32, um die durch den PFC vorgesehene Leistungsfaktorkorrektur und den Betrieb des PFC beim Ausgeben einer ausgewählten Größe des aus dem Wechselstrom der Ladestation 12 gewandelten Gleichstroms zu dem Zwischenkreiskondensator 34 zu steuern. Auf diese Weise wird der Zwischenkreiskondensator 34 zu dem gewünschten Gleichspannungspegel geregelt.
Die Steuereinrichtung 44 steuert den DC/DC-Wandler 36 beim Wandeln der von dem Zwischenkreiskondensator 34 eingegebenen Gleichspannung zu einer höheren (oder niedrigeren) Ausgabegleichspannung für das Laden der Antriebsbatterie 38. Dazu steuert die Steuereinrichtung 44 das Schalten und die Schaltdauer der Leistungstransistorschalter (nicht gezeigt) des DC/DC-Wandlers 36 für den DC/DC-Wandler, um die Eingangsspannung zu einer höheren (oder niedrigeren Ausgabespannung zu wandeln. Die Steuereinrichtung 44 kann auch betrieben werden, um mit anderen Knoten des Fahrzeugs einschließlich der an Ladeanwendungen beteiligten Knoten zu kommunizieren und diese zu steuern.
Allgemein verwaltet die Steuereinrichtung 44 beide Leistungswandlungsstufen des OBC 30 mit wenigstens Messungen der Eingabewechselspannung des PFC 32, des Eingabewechselstroms des PFC 32, der Gleichspannung des Zwischenkreiskondensators 34 und/oder des Ausgabestroms des DC/DC-Wandlers 36. Die Eingabewechselspannung kann in einem Differentialmodus vor einem Wechselspannung-Gleichrichter des PFC 32 oder in brückenlosen PFC-Topologien oder aber nach dem Wechselspannung-Gleichrichter gemessen werden.
Das Kurvendiagramm 50 von 6 zeigt eine Kurve einer Netzwechselspannung 18 von der Ladestation 12 mit Spannungsschwankungen, die zu der Zeit t₁ beginnen und danach für eine Dauer von einigen Millisekunden auftreten. Wie hier beschrieben, werden Spannungsschwankungen 24 erzeugt, wenn ein EV mit der Ladestation 12 verbunden wird, wobei das OBC eines gleichzeitig durch die Ladestation geladenen EV derart auf die Spannungsschwankungen reagieren kann, dass das Laden des EV vorzeitig beendet wird. Die Kurve der Netzwechselspannung 18 in dem Kurvendiagramm 50 gibt also die Spannungsstörung von Spannungsschwankungen 24 wieder, wenn ein EVSE ein EV mit der Netzwechselspannung der Ladestation 12 verbindet.
7A enthält für den Fall eines OBC 30 eines EV, das ein gewöhnliches, nicht für eine angemessene Funktion beim Auftreten von Spannungsschwankungen 24 in der Netzwechselspannung 18 konfiguriertes OBC ist, ein Kurvendiagramm 60 mit Kurven der Netzwechselspannung 18 (d.h. der Eingabewechselspannung), eines Eingabewechselstroms 62, einer Hauptkondensatorspannung 64 und eines Ausgabegleichstroms 66, der von dem gewöhnlichen OBC zu der Antriebsbatterie des EV zugeführt wird. Insbesondere weist der Eingabewechselstrom 62 Stromschwankungen 68 in Entsprechung zu den Spannungsschwankungen 24 auf.
Das Kurvendiagramm 60 gibt den Betrieb eines gewöhnlichen OBC wieder, das nicht für eine entsprechende Handhabung von Spannungsschwankungen 24 in der Netzwechselspannung 18 ausgebildet ist. Das Verhalten eines derartigen gewöhnlichen OBC ist in dem Kurvendiagramm 60 gezeigt, wenn das gewöhnliche OBC mit einer Netzwechselspannung 18 geladen wird und ein anderes OBC eines anderen EV mit der Netzwechselspannung 18 über ein anderes EVSE der Ladestation verbunden wird. Wenn eine tiefe Spannungsschwankung der Wechseleingabespannung (zu der Zeit t₁ in dem Kurvendiagramm 60) auftritt, stoppt das gewöhnliche OBC das Laden, weil die Steuereinrichtung 44 die Wellenform des Eingabewechselstroms nicht kontrollieren kann und eine Überstromsituation erzeugt, die einen Notstopp zur Folge hat. Deshalb bleibt das Laden der Antriebsbatterie des EV unvollständig. Folglich lädt das gewöhnliche OBC vor der Zeit t₁ wie durch die Betriebslinie 69a angegeben, und stoppt das gewöhnliche OBC das Laden vor der Zeit t₁ wie durch die Betriebslinie 69b angegeben. (Gewöhnlich beeinflusst die „Steuereinrichtung“ die internen Komponenten derart, dass der Eingabestrom gemäß der erwarteten Verarbeitung abgeführt wird. Eine Spannungsinstabilität würde eine Steuerinstabilität erzeugen, die zu einem Überstrom und internen Schäden führen würde, weshalb die Steuereinrichtung die Erzeugung stoppt. Wie gesagt, scheint die Steuereinrichtung die Erzeugung eines Überstroms zu entscheiden, sodass andere Elemente einen Notstopp auslösen. Unter der „Steuereinrichtung“ ist das vollständige Steuersystem einschließlich des Sicherheitsstopps zu verstehen, wenn die Parameter für den grundlegenden Betriebsalgorithmus außerhalb eines bestimmten Bereichs liegen (wie etwa bei einer Instabilität)).
7B enthält für den Fall eines OBC 30 eines EV, das gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung derart ausgebildet ist, dass es bei Spannungsschwankungen 24 in der Netzwechselspannung 18 angemessen funktioniert, ein Kurvendiagramm 70 mit Kurven der Netzwechselspannung 18, eines Eingabewechselstroms 62 mit Stromschwankungen 68, einer Hauptkondensatorspannung 64 und eines Ausgabegleichstroms 66, der von dem OBC zu der Antriebsbatterie des EV zugeführt wird.
Das Kurvendiagramm 70 gibt den Betrieb des OBC 30 wieder, wenn der OBC gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, um Spannungsschwankungen 24 in der Netzwechselspannung 18 entsprechend zu handhaben. Das Verhalten des OBC 30 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für eine entsprechende Handhabung von Spannungsschwankungen 24 in der Netzwechselspannung 18 ist in dem Kurvendiagramm 70 gezeigt, wenn das OBC mit der Netzwechselspannung 18 lädt und ein anderes OBC eines anderen EV über ein anderes EVSE der Ladestation mit der Netzwechselspannung 18 verbunden wird.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung führt ein OBC 30 allgemein die folgenden Operationen durch, wenn eine tiefe Spannungsschwankung an der Wechselstromeingabe auftritt, wobei das OBC für eine entsprechende Handhabung von Spannungsschwankungen 24 in der Netzwechselspannung 18 ausgebildet ist. Die Operationen umfassen: (1) Stoppen des Betriebs des PFC 32, und Reduzieren des Ausgabegleichstroms 66 von dem DC/DC-Wandler 36 auf zum Beispiel 50% des Sollwerts, wie durch das Bezugszeichen „1“ in dem Kurvendiagramm 70 angegeben; (2) Warten darauf, dass die Spannungsschwankungen 24 vorbei sind, und dann Wiederaufnehmen des Betriebs des PFC 32 bei dem nächsten Nulldurchgangsereignis der Netzwechselspannung 18 und mit den gleichen Leistungsbedingungen wie vor dem Stoppen des PFC, wie durch das Bezugszeichen „2“ in dem Kurvendiagramm 70 angegeben; und (3) der Sollwert des Ausgabegleichstroms 66 nimmt wieder den ursprünglichen Wert an, wenn die Hauptspannung 64 wieder nahe zu dem Hauptspannungssollwert kommt, wie durch das Bezugszeichen „3“ in dem Kurvendiagramm 70 angegeben.
Die Operationen (1) und (2) werden durch die Steuereinrichtung 44 durchgeführt. Die Operation (3) der Entscheidung zu einem Zurückkehren zu dem gegebenen Sollwert nach dem Erfassen, dass der Zwischenkreis bei dem richtigen Ladepegel ist, wird ebenfalls durch die Steuereinrichtung 44 durchgeführt.
Wenn also eine Unterspannungsschwankung an der Netzwechselspannung 18 auftritt, öffnet das OBC 30 Eingangsstufen (insbesondere stoppt die OBC-Steuereinrichtung ein aktives Treiben der Schaltelemente (z.B. der MOSFETs) des PFC und veranlasst dadurch ein Stoppen der Stromwandlungsverarbeitung des PFC) und reduziert den Ausgabewechselstrom 66 auf zum Beispiel 50% eines Sollwerts, wie durch das Bezugszeichen „1“ in dem Kurvendiagram 70 angegeben. Nachdem die Spannungsschwankungen 24 vorbei sind, nimmt das OBC 30 den Betrieb an dem nächsten Nulldurchgang der Netzwechselspannung 18 wieder auf, wie durch das Bezugszeichen „2“ in dem Kurvendiagramm 70 angegeben. Die Energie für das Erzeugen der Ausgabegleichspannung 66 wird durch das Entladen des Zwischenkreiskondensators 34 während der Zeitdauer zwischen den Bezugszeichen „1“ und „2“ zugeführt. Der Sollwert des Ausgabegleichstroms 66 wird wiederhergestellt, wenn die Zwischenkreisspannung 64 zu ihrem Sollwert zurückkehrt, wie durch das Bezugszeichen „3“ in dem Kurvendiagramm 70 angegeben. Die Speicherenergie des Zwischenkreiskondensators 34 wird während der Zeitdauer zwischen den Bezugszeichen „2“ und „3“ vor dem Wiederaufnehmen des normalen Betriebs des OBC 30 wiederaufgefüllt. (Energie wird von dem Zwischenkreiskondensator 30 genommen, bis der normale Betrieb des OBC 30 wiederaufgenommen wird.)
Wenn also eine tiefe Spannungsschwankung an der Eingabewechselspannung (zu der Zeit t₁ in dem Kurvendiagramm 70) auftritt, stoppt das OBC 30 gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Laden nicht und wird das Laden einfach reduziert (d.h. wird der Betrieb des PFC 32 gestoppt und der Ausgabegleichstrom 66 auf 50% seines Sollwerts reduziert), bis die Spannungsschwankungen 24 vorbei sind, und wird dann das Laden vollständig wiederaufgenommen. Deshalb wird das Laden von der Ladestation 12 nicht unterbrochen und wird das Laden der Antriebsbatterie vollständig abgeschlossen. Folglich lädt das OBC 30 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vor der Zeit t₁ normal, wie durch die Betriebslinie 72a angegeben, lädt dann mit einer reduzierten Rate zu der Zeit t₁, bis die Spannungsschwankungen 24 vorbei sind, wie durch die Betriebslinie 72b angegeben, und nimmt dann bei dem nächsten Nulldurchgangsereignis, nachdem die Spannungsschwankungen vorbei sind, das normale Laden wieder auf, wie durch die Betriebslinie 72c angegeben.
Das Flussdiagramm von 8 zeigt auf der Grundlage von 7B den Betrieb eines Verfahrens und eines Systems zum Steuern des OBC 30 für das Handhaben von durch das Laden mehrerer Fahrzeuge verursachter Spannungsschwankungen 24 in der Netzwechselspannung 18 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der in dem Flussdiagramm gezeigte Betrieb entspricht dem oben mit Bezug auf die Bezugszeichen „1“, „2“ und „3“ des Kurvendiagrams 70 in 7B beschriebenen Betrieb. Die Steuereinrichtung 44 führt die Entscheidungen und Aktionen des Betriebs durch.
Der Betrieb beginnt damit, dass das OBC 30 normal lädt, wie in dem Block 81 angegeben. Wenn ein Spannungsabfall des Wechselstromnetzes in dem Entscheidungsblock 82 erfasst wird (d.h. wenn Spannungsschwankungen in der Versorgungsspannung erfasst werden), wird die PFC-Stufe des OBC 30 wie in Block 83 angegeben ausgeschaltet und wird der Ausgabestrom des OBC wie in dem Block 84 angegeben reduziert. Nachdem die Spannungsschwankungen vorbei sind, fährt der Betrieb mit dem Warten auf ein nächstes Nulldurchgangsereignis in dem Entscheidungsblock 85 fort. Wenn das nächste Nulldurchgangsereignis auftritt, wird die PFC-Stufe des OBC 30 wie in Block 86 angegeben wieder eingeschaltet. Dadurch wird ein Wiederauffüllen der Speicherenergie des Zwischenkreiskondensators veranlasst. Sobald in dem Entscheidungsblock 87 entschieden wird, dass der Zwischenkreiskondensator angemessen wiederaufgefüllt wurde, kann der Ausgabestrom des OBC 30 wie in Block 88 angegeben zu seinem ursprünglichen Sollwert erhöht werden.
9 enthält ein Kurvendiagramm 90 mit einer Kurve einer gleichgerichteten Eingabewechselspannung 92, die von einem Wechselstrom-Gleichrichter des PFC 32 ausgegeben wird. Das Kurvendiagramm 90 erläutert die Erfassung des Wechselspannungsabfalls. Es hat sich herausgestellt, dass es sich tatsächlich um ein Problem für Eingabewechselspannungsbedingungen nahe der Spitzenspannung handelt. Dementsprechend wird gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Spannungsabfall-Erfassungsmechanismus der Steuereinrichtung 44 nur dann aktiviert, wenn die gleichgerichtete Eingabewechselspannung 92 über einem bestimmten Schwellwert 94 liegt. Der Schwellwert 94 unterscheidet sich in Abhängigkeit von den Netzspannungsbedingungen. Wenn zum Beispiel die normale Netzspannung größer als 175 Vac (230/240 Vac in einem gewöhnlichen Nutzungsbeispiel) ist, dann liegt der Schwellwert 94 bei 200 V. Und wenn die normale Netzspannung kleiner als 175 Vac (110/120 Vac in einem gewöhnlichen Nutzungsbeispiel) ist, dann liegt der Schwellwert 94 bei 100 V.
10 enthält ein Blockdiagramm der Steuereinrichtung 44 des OBC 30 und ein Kurvendiagramm 100 mit einer Kurve eines Teils der Netzwechselspannung 18 mit Spannungsschwankungen 24. Das Blockdiagramm der Steuereinrichtung 44 und das Kurvendiagramm 100 mit der Kurve des Teils der Wechselhauptspannung 18 sind aufeinander bezogen, um den Betrieb der Steuereinrichtung für das Erfassen eines Wechselspannungsabfalls aufgrund von Spannungsschwankungen in Bezug auf Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
Im Betrieb tastet die Steuereinrichtung 44 die Netzwechselspannung 18 mit einer Periodizität von T2 (8 µs in dieser Anwendung) ab. Der Schwellwert wird mit einer Periodizität T1 (100 µs in dieser Anwendung) unter Verwendung der letzten Eingabespannungsabtastung minus einer bestimmten Deltaspannung Δv berechnet. Die Deltaspannung Δv unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Nennnetzspannung. Wenn zum Beispiel die Nennnetzspannung größer als 175 Vac ist, dann beträgt die Deltaspannung Δv 40 V; und wenn die Nennnetzspannung kleiner als 175 Vac ist, dann beträgt die Deltaspannung Δv 20 V.
Ein digitaler Vergleicher 102 der Steuereinrichtung 44 wird unter Verwendung des zuvor berechneten Schwellwerts programmiert, um eine Unterbrechung zu generieren, wenn eine Abtastung der Eingangsspannung unter dem berechneten Schwellwert liegt. Wenn eine Unterbrechung von dem digitalen Vergleicher 102 erzeugt wird, dann werden pulsbreitenmodulierte Signale (PWM-Signale) des PFC 32 deaktiviert.
Parallele Verbindungsumgebungen für Fahrzeuge sind also üblich und die Netzwechselspannung wird allgemein verzerrt, wenn ein EV mit dem Wechselstromnetz verbunden wird. OBCs sollten robust gegenüber Wechselstromnetzstörungen einschließlich von solchen, die von anderen mit dem gleichen Netz verbundenen EVs stammen, sein. Ansonsten wird unter Umständen der Ladeprozess abgebrochen und wird die Antriebsbatterie entgegen dem Wunsch des Benutzers des EV nicht vollständig aufgeladen. Ein OBC gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird digital durch eine Steuereinrichtung des OBC auf relativ einfache Weise wie hier beschrieben gesteuert, um robust gegenüber durch eine Verbindung von EVs mit dem Netz verursachten Wechselstromnetzstörungen gemacht zu werden und dadurch eine Unterbrechung des Ladeprozesses zu vermeiden. Dazu kann die Steuereinrichtung mit einer Software für das wie oben beschrieben relativ einfache Steuern des OBC programmiert werden. Durch die Implementierung für das hier beschriebene relativ einfache Steuern des OBC kann eine Verwendung von analogen PFC-Steuerungen für eine Handhabung von Spannungsstörungen vermieden werden, was insbesondere bei mehrphasigen (z.B. dreiphasigen) OBC-Implementierungen kostengünstiger ist. (Die genannten PFC-Steuereinrichtungen werden in einem Kontext analoger isolierter Spannungssensoren verwendet, die die Spannungswerte direkt zu der Hauptsteuereinrichtung geben, die dann direkt eine Entscheidung trifft, ohne auf Angaben von den existierenden Elementen in den Steuerschleifen zu warten. Dies ist zwar schneller, aber zweifellos kostspieliger und erfordert mehr Raum in den elektronischen Schaltungen.)
Wie hier beschrieben, gehören zu den Vorteilen eines OBC gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Beständigkeit gegenüber tiefen Spannungsabfällen von der Netzwechselstromeingabe, die auftreten, wenn ein anderes EV mit der Netzwechselstromeingabe verbunden wird. Der durch die Steuereinrichtung des OBC implementierte Softwarealgorithmus basiert auf Signalen, die bereits durch die Steuereinrichtung gemessen wurden. Deshalb benötigt das OBC keine weitere Hardware zusätzlich zu der bereits vorhandenen. Die Verwendung von analogen Steuereinrichtungen in der PFC-Stufe für das Handhaben von tiefen Spannungsabfällen von der Netzwechselstromeingabe wäre kostspieliger.
Vorstehend wurden beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen, wobei verschiedene Änderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Außerdem können Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu realisieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63/123064 [0001]

Claims

System zum Laden einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs, umfassend: ein Onboard-Ladegerät (OBC), das konfiguriert ist zum Empfangen eines Wechselstroms von einer Ladestation und zum Ausgeben eines Ausgabegleichstroms für das Laden der Antriebsbatterie, und eine Steuereinrichtung, die konfiguriert ist zum, in Reaktion auf Schwankungen in dem Wechselstrom, während das OBC den Wechselstrom von der Ladestation empfängt und den Ausgabegleichstrom ausgibt, Steuern des OBC (i) für das Stoppen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für das Reduzieren des Ausgabegleichstroms und (ii) für das Wiederaufnehmen, nachdem die Schwankungen vorbei sind, der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für das Erhöhen des Ausgabegleichstroms.
System nach Anspruch 1, wobei: die Steuereinrichtung weiterhin konfiguriert ist zum Steuern des OBC bei einem Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms, nachdem die Schwankungen vorbei sind, für das Wiederaufnehmen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für das Erhöhen des Ausgabegleichstroms.
System nach Anspruch 1, wobei: das Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms das Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms ist, das unmittelbar nachdem die Steuereinrichtung erfasst hat, dass die Schwankungen vorbei sind, auftritt.
System nach Anspruch 1, wobei: das OBC einen Leistungsfaktorkorrektor (PFC) und einen DC/DC-Wandler umfasst, wobei der PFC den Wechselstrom von der Ladestation empfängt, sodass also das OBC konfiguriert ist zum Empfangen des Wechselstroms von der Ladestation, und der DC/DC-Wandler den Ausgabegleichstrom für das Laden der Antriebsbatterie ausgibt, sodass also das OBC konfiguriert ist zum Ausgeben des Ausgabegleichstroms zu der Antriebsbatterie.
System nach Anspruch 4, wobei: das OBC weiterhin einen Zwischenkreiskondensator umfasst, der zwischen dem PFC und dem DC/DC-Wandler angeordnet ist, und die Steuereinrichtung weiterhin konfiguriert ist zum Steuern des OBC, damit sich der Zwischenkreiskondensator entlädt und Gleichstrom zu dem DC/DC-Wandler zuführt, um den reduzierten Ausgabegleichstrom auszugeben, während das OBC für das Stoppen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation durch den PFC gesteuert wird.
System nach Anspruch 5, wobei: die Steuereinrichtung weiterhin konfiguriert ist zum Steuern des OBC, damit der Zwischenkreiskondensator aufgeladen wird, wenn das OBC für das Wiederaufnehmen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation gesteuert wird.
System nach Anspruch 1, wobei: der Wechselstrom eine Netzwechselspannung aufweist und die Schwankungen in dem Wechselstrom Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung sind.
System nach Anspruch 7, wobei: das Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms, nachdem die Schwankungen vorbei sind, ein Nulldurchgangsereignis der Netzwechselspannung, nachdem die Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung vorbei sind, ist.
System nach Anspruch 1, wobei: die Schwankungen in dem Wechselstrom auftreten, wenn ein anderes Elektrofahrzeug Wechselstrom von der Ladestation empfängt, während das OBC den Wechselstrom von der Ladestation empfängt.
Verfahren zum Laden einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs, umfassend: Empfangen, durch ein Onboard-Ladegerät (OBC) des Elektrofahrzeugs, eines Wechselstroms von einer Ladestation, und Ausgeben, durch das OBC, eines Ausgabegleichstroms für das Laden der Antriebsbatterie, Erfassen von Schwankungen in dem Wechselstrom, während das OBC den Wechselstrom von der Ladestation empfängt, und Ausgeben des Ausgabegleichstroms, Steuern des OBC, während die Schwankungen vorhanden sind, für ein Stoppen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für ein Reduzieren des Ausgabegleichstroms, und Steuern des OBC, bei einem Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms, nachdem die Schwankungen vorbei sind, für ein Wiederaufnehmen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für ein Erhöhen des Ausgabegleichstroms.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei: das Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms das Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms, das unmittelbar nach den Schwankungen auftritt, ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das OBC einen Leistungsfaktorkorrektor (PFC) und einen DC/DC-Wandler umfasst, wobei: das Empfangen, durch das OBC, des Wechselstroms von der Ladestation umfasst, dass der PFC den Wechselstrom von der Ladestation empfängt, und das Ausgeben, durch das OBC, des Ausgabegleichstroms für das Laden der Antriebsbatterie umfasst, dass der DC/DC-Wandler den Ausgabegleichstrom für das Laden der Antriebsbatterie ausgibt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das OBC weiterhin einen Zwischenkreiskondensator, der zwischen dem PFC und dem DC/DC-Wandler angeordnet ist, umfasst, wobei: das Steuern des OBC, während die Schwankungen vorhanden sind, für das Stoppen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und das Reduzieren des Ausgabegleichstroms das derartige Steuern des OBC, dass der Zwischenkreiskondensator entlädt und Gleichstrom zuführt, damit der DC/DC-Wandler den reduzierten Ausgabegleichstrom ausgibt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei: das Steuern des OBC bei dem Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms, nachdem die Schwankungen vorbei sind, für das Wiederaufnehmen der Verarbeitung des Wechselstroms von der Ladestation und für das Erhöhen der Gleichstromausgabe das Steuern des OBC für ein Laden des Zwischenkreiskondensators umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Wechselstrom eine Netzwechselspannung aufweist und die Schwankungen in dem Wechselstrom Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung sind.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Nulldurchgangsereignis des Wechselstroms, nachdem die Schwankungen vorbei sind, ein Nulldurchgangsereignis der Netzwechselspannung, nachdem die Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung vorbei sind, ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Schwankungen in dem Wechselstrom auftreten, wenn ein anderes Elektrofahrzeug Wechselstrom von der Ladestation empfängt, während das OBC den Wechselstrom von der Ladestation empfängt.
System zum Laden einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs, umfassend: ein Onboard-Ladegerät (OBC), das einen Leistungsfaktorkorrektor (PFC), einen DC/DC-Wandler und einen zwischen dem PFC und dem DC/DC-Wandler angeordneten Zwischenkreiskondensator umfasst, wobei der PFC eine Netzwechselspannung von einer Ladestation empfängt, der Zwischenkreiskondensator durch den PFC zu einem Gleichspannung-Sollwert geladen wird und der DC/DC-Wandler Gleichstrom von dem Zwischenkreiskondensator empfängt, um einen Ausgabegleichstrom mit einem Gleichstrom-Sollwert für das Laden der Antriebsbatterie auszugeben, eine Steuereinrichtung, die konfiguriert ist zum Erfassen von Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung, während der PFC die Netzwechselspannung empfängt, der Zwischenkreiskondensator zu dem Gleichspannung-Sollwert geladen wird und der DC/DC-Wandler den DC-Ausgabestrom mit dem Gleichstrom-Sollwert ausgibt, und die Steuereinrichtung weiterhin konfiguriert ist zum Steuern des OBC, in Reaktion darauf, dass Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung erfasst werden, für das Stoppen des Betriebs des PFC und für das Reduzieren des Ausgabegleichstroms, sodass der Zwischenkreiskondensator von dem Gleichspannung-Sollwert entlädt, und dann für das Wiederaufnehmen des Betriebs des PFC bei einem Nulldurchgangsereignis der Netzwechselspannung, nachdem die Spannungsschwankungen vorbei sind, damit der Zwischenkreiskondensator zurück zu dem Gleichspannung-Sollwert geladen wird und der Ausgabegleichstrom zurück zu dem Gleichstrom-Sollwert erhöht wird.
System nach Anspruch 18, wobei: das Nulldurchgangsereignis der Netzwechselspannung das Nulldurchgangsereignis der Netzwechselspannung, das unmittelbar nach den Spannungsschwankungen auftritt, ist.
System nach Anspruch 18, wobei: die Spannungsschwankungen in der Netzwechselspannung auftreten, wenn ein anderes Elektrofahrzeug Wechselstrom von der Ladestation empfängt, während das OBC den Wechselstrom von der Ladestation empfängt.