CN105934864A - 从电动车辆向电动车辆充电的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种充电设备(1)，该充电设备(1)适于一方面连接至第一电动车辆(14)的电池，并且另一方面连接至第二电动车辆(12)的电池，适于被第一电动车辆(14)的电池供应DC输入电流，并且适于向第二电动车辆(12)的电池供应DC输出电流。本发明还涉及使用该充电设备进行充电的方法。

Description

从电动车辆向电动车辆充电的方法
技术领域
本发明涉及一种从电动车辆向电动车辆充电的方法，以及使得能够实现该方法的充电设备。
背景技术
许多车辆使用电力并且配备有电池，例如电动汽车以及升降机、平板卡车等。
这些车辆的电池都使用直流电流进行供电。为此，已知的是，使用充电设备使得能够将来自配电网的交流电流转换成用于对电池进行充电的适合直流电流。
已知两种类型的充电设备：一方面，车载充电器，其直接安装在电动车辆上；以及另一方面，外部充电器，其被集成到固定的充电终端(例如，在车间、停车场、车库中或者在路上)中。此外，存在安装在移动车厢上的外部充电器，所述外部充电器通常体积很大并且很重。
然而，电动车辆有抛锚(immobilization)的风险，例如由于电池的有限的自主性或者在车载充电器或外部充电器出现故障的情况下。此外，电动车辆可能没有配备有车载充电器，尤其是例如在可以利用充电站中的固定的外部充电器系统地进行电池充电的使用情况下。
因此需要改进电动车辆的使用安全性，并且尤其需要避免电池的过渡消耗而引起的抛锚的风险。
发明内容
本发明首先涉及一种充电设备，该充电设备适于一方面连接至第一电动车辆的电池，并且另一方面连接至第二电动车辆的电池，适于被第一电动车辆的电池供应直流输入电流，并且适于向第二电动车辆的电池供应直流输出电流。
根据一个实施方式，输入电流和输出电流是不同的，充电设备适于将输入电流转换成输出电流。
根据一个实施方式，充电设备被集成到第一电动车辆中，或者被集成到第二电动车辆中。
根据一个实施方式，充电设备是可拆卸并且便携的充电设备。
根据一个实施方式，充电设备还适于一方面连接至交流电源，并且另一方面连接至电动车辆的电池，适于从该交流电源被供应输入电流，适于将该输入电流转换成直流输出电流，以及适于向所述电动车辆的电池供应所述直流输出电流。
根据一个实施方式，充电设备包括将输入电流转换成直流中间电流的第一级，以及将中间电流转换成输出电流的第二级。
根据一个实施方式，充电设备包括控制系统，该控制系统适于对第二车辆的电池的电力供应的参数进行调整，优选地，对输入电流和输出电流的转换的参数进行调整；并且适于与第一车辆和/或与第二车辆和/或在合适的情况下与交流电源交换信息和指令。
根据一个实施方式，控制系统设置有辅助供电装置，优选地从辅助电池和适于接收直流或交流外部电流并将该直流或交流电流转换成该控制系统的直流供电电流的辅助转换器中进行选择。
根据一个实施方式，电动车辆是电动汽车。
本发明还涉及用于对电动车辆进行充电的方法，该方法包括：
-将充电设备连接至第一车辆的电池和/或连接至第二车辆的电池；
-向充电设备供应来自第一车辆的直流输入电流；
-向第二车辆的电池供应来自充电设备的输出电流。
根据一个实施方式，该方法包括：
-利用充电设备将输入电流转换成直流输出电流。
根据一个实施方式，充电设备被集成到第一车辆中，并且连接步骤包括优选借助于电缆将充电设备连接至第二车辆；或者将充电设备集成到第二车辆中，并且连接步骤包括优选地使用电缆将充电设备连接至第一车辆。
根据一个实施方式，充电设备是可拆卸的设备，并且连接步骤包括将充电设备连接至第一车辆和第二车辆。
根据一个实施方式，输出电流具有200V至550V的电压；和/或该输出电流具有小于或等于20kW的功率，优选地，小于或等于10kW或6kW的功率。
根据一个实施方式，方法包括对至第二车辆的电池的电力供应的参数进行调整，以及在充电设备与第一车辆和/或第二车辆之间交换信息和指令；该方法优选包括从充电设备向第一车辆发送指令，以触发从第一车辆的电池至充电设备的电力供应。
根据一个实施方式，方法包括用于经辅助电源向充电设备供电的准备步骤，该辅助电源优选从辅助电池和直流或交流外部电流中选择。
根据一个实施方式，电动车辆是电动汽车。
本发明能够克服现有技术状况的缺陷。更具体地，使得能够改进电动车辆的使用安全性，并且尤其能够避免车辆抛锚的风险。
其实现归功于使得能够从电动车辆的电池向另一电动车辆的电池充电的充电设备的开发，该设备因此形成使得能够在出现故障的情况下对电动车辆电池进行再充电的真正的备用充电器。
附图说明
图1是示出根据本发明的充电设备在第一操作模式下操作的图。
图2是示出根据本发明的充电设备在第二操作模式下操作的图。
图3是根据本发明的充电设备的电路的通用电气图的示例。
具体实施方式
在下文的描述中，将更详细地并且以非限制性的方式对本发明进行描述。
本发明提出一种适于为电动车辆电池供电的充电设备。电动车辆是指能够移动或运输人或装备的机动设备，通过电动机电池向该机动设备的电动机供电。
电动车辆优选为电动汽车。另选地，电动车辆例如可以是诸如电力升降车、升降机或托盘车的装卸搬运车辆(handling vehicle)。
根据一个实施方式，该电动车辆是可拆卸的且轻便的装载设备。“轻便的”或“便携的”意味着该设备可以由一个健康的成年人提起并移动，而无需任何专门的装备的帮助。该设备没有永久地集成在诸如电动车辆充电终端的固定结构上。该设备也没有永久集成在电动车辆中，即，该设备不是车载充电器。
作为例示，该设备可以具有小于或等于20kg(优选地，小于或等于15kg、或10kg、或7.5kg、或5kg)的质量。
作为例示，该设备可以具有小于或等于60cm(优选地小于或等于50cm、或40cm、或30cm)的最大尺寸。
在合适的情况下，设置有适当的电缆，则该设备可以被集成到外壳中。
另选地，该设备可以是车载的，即，以固定的方式集成到电动车辆中(或者车辆提供电流，或者车辆接收电流，或者车辆根据设备的操作模式既可以提供电流也可以接收电流)。具体地，该设备可以被永久地连接至其所集成到的车辆的电池。
根据图1中所示出的第一操作模式，在合适的情况下，充电设备1经由适当的线缆被连接至第一电动车辆14的电池并且被连接至第二电动车辆12的电池。
第一车辆14的电池构成电流源：其向充电设备1供应输入电流，该输入电流在本实施方式中为直流电流。此外，充电设备1向第二电动车辆的电池供应输出电流，该输出电流也是直流电流。
根据一个实施方式，例如如果车辆中的至少一个设置有能够从一辆车的电池向另一辆车的电池提供受控电流转移的可逆的充电设备，则充电设备1不执行任何转换。在这种情况下，充电设备1可以被限制为这两辆电动车辆之间的简单的连接和协议管理设备：那么该充电设备1可以被简单地集成到电动车辆之间的连接线缆中。
另选地并且优选地，输入电流与输出电流是不同的，并且因此，充电设备1执行DC-DC转换。
考虑到电动车辆电池充电(或耗电)的电压根据其充电水平而变化，这样的实施方式是尤其有利的。
因此，充电设备1可以根据情况充当升压或降压变压器。
根据一个实施方式，充电设备1在输入端和输出端之间包括电绝缘。
根据一个另选实施方式，充电设备1在输入端和输出端之间没有电绝缘。
在该实施方式中，所传递的输入电流例如可以具有从20V至1500V(优选地从50V至550V，尤其更优选地从200V至550V，并且特别优选地从300V至500V)的电压。
在图2中所示出的第二操作模式下，充电设备1一方面被连接至交流电源11，并且另一方面(在其输出处)在合适的情况下使用适当的线缆连接至电动车辆电池12。
该交流电源11例如可以是通用配电网。该交流电源11向充电设备1供应交流输入电流(优选地单相电流(另选地，可选地，多相电流，尤其是三相电流))。如果输入电流是单相电流，则其例如可以具有从85V至265V(例如，110V或230V)的电压。
在第三操作模式下，充电设备1一方面被连接至直流电源(该直流电源可以例如是固定的外部电池、或移动的车厢上的外部电池、或应急车辆携带的外部电池)，并且另一方面在合适的情况下(在输出端处)使用适当的线缆连接至电动车辆电池。
所传递的输入电流在该第三操作模式下例如可以具有从20V至1500V(优选地从50V至550V，尤其更特别优选地从200V至550V，并且尤其特别地从300V至500V)的电压。
根据一个实施方式，充电设备仅适于根据第一操作模式进行操作。
根据一个实施方式，充电设备适于根据第一操作模式和第二操作模式二者进行操作。
根据一个实施方式，充电设备适于根据第一操作模式和第三操作模式二者进行操作。
根据一个实施方式，充电设备适于根据所有第一操作模式、第二操作模式以及第三操作模式进行操作。
在每个操作模式中，所传递的输出电流是适合对电动车辆电池进行充电的直流电流，即具有从20V至1500V、优选地从50V至550V、尤其更特别优选地从200V至550V、并且尤其特别地从300V至500V的电压的电流。
在第二操作模式下，充电设备1执行AC-DC转换。
根据一个实施方式，充电设备1执行输入电流至中间(直流)电流的转换，然后执行中间电流至输出电流的转换。优选地，使用设置在任一侧上的、具有切割转换模块的变压器来完成中间电流至输出电流的转换。
优选地，充电设备1包括用于与电流源(或与不同的可能的电流源)和与需要被充电的电动车辆(例如，与电动车辆的电池)交换信息和指令的装置；以及用于(具体地)基于从电流源接收到的信息和/或从要被充电的电动车辆的电池接收到的信息和/或用户所给出的指令来调整转换输入电流和输出电流的参数的装置。所有这些装置使得能够提供充电协议的完整的管理。
充电设备的接口110在模式1和/或模式2和/或模式3中必须与标准EN61851兼容，和/或与Chademo标准和/或与标准ISO 15118兼容，和/或与标准J1772和/或定义用于充电设备、电流源和车辆之间的通信的协议和系统的任何其它标准兼容。
根据一个实施方式，充电设备1根据取决于要被充电的车辆和电流源的一个或另一个标准进行操作。
用于与电流源交换信息和指令的装置(具体地)能够触发电流源(具体地，第一车辆的电池，关于第一操作模式)的输入电流供给，作为安全操作的一部分。
用于与电流源交换信息和指令的装置还能够在其涉及车辆电池时(第一操作模式)或者甚至涉及外部电池(第三操作模式)时避免其过度消耗。
根据一个实施方式，充电设备1是可逆的，即其能够从电动车辆12的电池向电流源(并且更具体地向交流电源11)恢复(retrieve)能量。
根据一个实施方式，电动车辆(其电池使用根据本发明的充电设备进行充电)是没有车载充电器(即，执行交流电流至直流电流的转换、能够向电池供电的设备)的电动车辆。
根据一个实施方式，充电设备1包括辅助供电装置。这些供电装置可以(具体地)用于允许在准备阶段与电流源和与要被充电的电池进行信息和指令的交换，使得能够触发电流源的电流供给。
这些辅助供电装置可以包括在充电设备1本身中的辅助电池(或一个或多个电池单元)。另选地，能够提供一种能够被供应外部电流并且(具体地)在上述的准备阶段期间将该外部电流转换成适于充电设备1的操作的直流电流的辅助转换器。
尤其能够提供向该辅助转换器供应来自配电网的交流电流。还能够提供利用外部电池或利用为电动车辆(或者被充电的目标车辆，或者在合适的情况下被用作电流源的车辆)的设备供电的车载电网对其供电。
当两辆车在其充电连接器处都没有可用的电源时，这些辅助供电装置尤其有用。实际上，出于安全原因，在未证明存在适当的外部连接器并且该连接器未经车辆的安全控制装置和其监管系统识别为是适当的外部充电连接器的情况下，不允许在车辆的充电连接器处直接接入危险电压。
通过在车辆与连接到该车辆的外部连接器之间交换信号来完成该识别。因此，有必要有一个现有的电源以能够建立信号的交换，以便触发电触点的连接，使得一方面能够具有来自车辆的电流源，并且另一方面能够对其它车辆的充电进行供电。
参照图3，详细地描述了一种根据本发明的充电设备1的可能的电路。
在该示例中，充电设备1包括输入接口22，该输入接口22与电流源21交换信息和指令，并且可以通过该电流源21被供应电流，或者反过来(在再分配模式下)向其供应电流。
在上述第一操作模式下，电流源21是电动车辆电池。在上述第二操作模式下，电流源21是交流源。在上述第三操作模式下，电流源21是另一个直流电源。
充电设备1还包括输出接口27，该输出接口27与电动车辆电池28交换信息和指令，并且可以向后者供应直流电流，或者反过来(再分配模式)从其接收直流电流。
充电设备1还包括第一模块23、第二模块24和第三模块26。变压器25被设置在第二模块24和第三模块26之间。
第一模块23构成转换器的第一级(执行输入电流/中间电流转换)，并且由第二模块24、变压器25和第三模块26形成的组件构成转换器的第二级(执行中间电流/输出电流转换)。
第一模块23被连接至输入接口22。该第一模块23包括一组电感L1、L2、二极管D1、D2、开关元件Q1、Q2以及电容器C1。该第一模块23能够将交流输入电流(来自电流源21)转换成具有跨电容器C1两端的电压U1的直流电流(中间电流)。该第一模块23还执行功率因数校正功能。在电流源21提供直流输入电流时，该第一模块23也能够执行DC-DC转换操作。
第二模块24是桥限幅器(bridge clipper)，该第二模块24包括开关元件Q3、Q4、Q5、Q6。该第二模块24将具有电压U1的直流电流转换成供应给变压器25的交流电流。该第二模块24优选具有谐振或准谐振结构。
变压器25提供电绝缘，这是安全标准对于从配电网进行任何充电所要求的。
在第三模块26的输入端形成交流电流，该第三模块26是整流器，其包括开关元件Q7、Q8、Q9、Q10和电容器C2。该整流器跨过电容器C2的两端供应直流电压U2，并从而供应给输出接口27(输出电流)。
控制系统29接收信息，并且向输入接口22、输出接口27以及第一模块23、第二模块24和第三模块26提供指令。
如上所述，该控制系统29由辅助供电装置30供应能量。如图所示，辅助供电装置30可以被包括在充电设备1中或者在后者的外部。
如果充电设备1没有被设置为根据第二操作模式来使用，则能够使用仅执行DC-DC转换的简易的结构，并且例如，如果不需要出于安全原因而电绝缘，则不具有变压器25。
可以用于代替上述结构的另一种可能的(简易的)结构将包括设置有复杂命令的单个转换模块。

Claims (17)

1.一种充电设备(1)，所述充电设备(1)适于一方面连接至第一电动车辆(14)的电池，并且另一方面连接至第二电动车辆(12)的电池，适于被所述第一电动车辆(14)的电池供应直流输入电流，并且适于向所述第二电动车辆(12)的电池供应直流输出电流，所述充电设备(1)包括控制系统(29)，所述控制系统(29)适于对所述第二车辆(12)的电池的电力供应的参数进行调整，并且能够与所述第一车辆(14)和/或与所述第二车辆(12)交换信息和指令，并且所述控制系统(29)设置有包括辅助转换器的辅助供电装置(30)，所述辅助转换器适于接收直流或交流外部电流并且将所述直流或交流外部电流转换成用于所述控制系统(29)的直流供电电流。
2.根据权利要求1所述的充电设备(1)，其中，所述输入电流和所述输出电流是不同的，所述充电设备(1)适于将所述输入电流转换成输出电流。
3.根据权利要求1或2所述的充电设备(1)，所述充电设备(1)被集成到所述第一电动车辆(14)中，或者被集成到所述第二电动车辆(12)中。
4.根据权利要求1或2所述的充电设备(1)，所述充电设备(1)是能够拆卸和便携的充电设备。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的充电设备(1)，其中，所述充电设备还适于一方面连接至交流电源(11)，并且另一方面连接至电动车辆(12)的电池，适于被供应来自所述交流电源(11)的输入电流，适于将所述输入电流转换成直流输出电流，以及适于向所述电动车辆(12)的电池供应所述直流输出电流。
6.根据权利要求5所述的充电设备(1)，其中，所述充电设备(1)包括将所述输入电流转换成直流中间电流的第一级(23)，以及将所述中间电流转换成输出电流的第二级(24、25、26)。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的充电设备(1)，其中，所述控制系统(29)适于对所述输入电流和输出电流的所述转换的参数进行调整；并且适于在合适的情况下与所述交流电源(11)交换信息和指令。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的设备，其中，所述电动车辆是电动汽车。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的设备，其中，所述辅助转换器适于从所述第一车辆的车载电网或所述第二车辆的车载电网接收外部电流，并且将所述外部电流转换成所述控制系统(29)的直流供电电流。
10.一种用于对电动车辆电池(12)进行充电的方法，所述方法包括以下步骤：
-经由辅助电源(30)向充电设备(1)供电，所述辅助电源(30)是直流或交流外部电流；
-将充电设备(1)连接至第一车辆(14)的电池和/或连接至第二车辆(12)的电池；
-向所述充电设备(1)供应来自所述第一车辆(14)的电池的直流输入电流；
-向所述第二车辆(12)的电池供应来自所述充电设备(1)的输出电流。
11.根据权利要求10所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-利用所述充电设备(1)将所述输入电流转换成直流输出电流。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述充电设备(1)被集成到所述第一车辆(14)中，并且所述连接的步骤包括优选地借助于电缆将所述充电设备(1)连接至所述第二车辆(12)；或者所述充电设备(1)被集成到所述第二车辆(12)中，并且所述连接的步骤包括优选地使用电缆将所述充电设备(1)连接至所述第一车辆(14)。
13.根据权利要求10至12中的一项所述的方法，其中，所述充电设备(1)是能够拆卸的设备，并且所述连接的步骤包括将所述充电设备(1)连接至所述第一车辆(14)和所述第二车辆(12)。
14.根据权利要求10至13中的一项所述的方法，其中，所述输出电流具有200V至550V的电压；和/或所述输出电流具有小于或等于20kW的功率，优选地小于或等于10kW或6kW的功率。
15.根据权利要求10至14中的一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：对到所述第二车辆(12)的电池的电力供应的参数进行调整，以及在所述充电设备(1)与所述第一车辆(14)和/或所述第二车辆(12)之间交换信息和指令；所述方法优选地包括：从所述充电设备(1)向所述第一车辆(14)发送指令，以触发从所述第一车辆(14)的电池至所述充电设备(1)的电力供应。
16.根据权利要求10至15中的一项所述的方法，其中，所述电动车辆是电动汽车。
17.根据权利要求10至16中的一项所述的方法，其中，所述辅助电源(30)是所述第一车辆的车载电网或所述第二车辆的车载电网。
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