CN106414153A - 用于电动车辆的紧凑型充电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动车辆电池(28)的充电设备(1)，该充电设备(1)包括外壳(5)，外壳(5)包括电流转换装置，该外壳(5)设置有使得能够将充电设备(1)直接连接至电动车辆以便为该电动车辆电池进行供电的连接器(3)，并且充电设备(1)适应于通过来自电源(21)的输入电流供电，经电流转换装置将输入电流转换成DC输出电流，并且利用该DC输出电流为电动车辆电池(28)供电。本发明还涉及可以利用该充电设备实现的充电方法。

Description

用于电动车辆的紧凑型充电设备
技术领域
本发明涉及一种用于对电动车辆进行充电的移动且自主紧凑型设备，以及一种使得能够使用后者的充电设备。
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供电。为此目的，已知的是使用使得能够将来自配电网的交流电流转换成适合于对电池进行充电的直流电流的充电设备。
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(例如，在车间、停车场、车库中或者在路上的)固定的充电终端中。此外，存在安装在移动车厢上的外部充电器，它通常体积很大并且很重。
然而，电动车辆有击穿(breakdown)的风险，例如由于电池的有限的自主性或者车载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车载充电器，尤其是例如在其中电池充电可以系统地利用充电站中的固定的外部充电器来完成的使用情况下。
因此，需要改善电动车辆的使用安全性。
发明内容
本发明首先涉及一种用于电动车辆电池的充电设备，该充电设备包括包含电流转换装置的外壳，该外壳设置有使得能够将充电设备直接连接至电动车辆以便为该电动车辆的电池进行供电的连接器，并且充电设备能够通过来自电源的输入电流供电，能够经电流转换装置将输入电流转换成直流输出电流，并且能够利用该直流输出电流为电动车辆电池供电。
根据一个实施方式，充电设备是便携设备，外壳优选设置有手柄。
根据一个实施方式，充电设备能够通过电缆连接至电源。
根据一个实施方式，充电设备包括其中电源是交流电源并且优选是配电网的操作模式，并且其中，输入电流是交流电流。
根据一个实施方式，充电设备包括其中电源是直流电源并且优选是外部电池的操作模式，并且其中，输入电流是直流电流。
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，所述外壳设置有使得能够将充电设备直接连接至车辆优选地以便与该电动车辆电池交换信息和指令的附加连接器。
根据一个实施方式，充电设备包括控制系统，该控制系统适用于调整将输入电流转换成输出电流的参数；并且适用于与第一电动车辆的电池和/或与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，辅助供电装置优选地从适用于接收直流或交流外部电流并将该直流或交流外部电流转换成该控制系统的直流供电电流的辅助电池和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：
-将如上所述的充电设备连接至电源；
-通过将充电设备的连接器直接连接到电动车辆的相应的连接器上来将该充电设备连接至电动车辆；
-通过来自电源的输出电流向充电设备供电；
-经由充电设备将输入电流转换成直流输出电流；
-经由该输出电流向电动车辆的电池供电。
根据一个实施方式，该输出电流具有200V至550V的电压；和/或该输出电流具有小于或等于20kW，优选地小于或等于6kW的功率。
根据一个实施方式，输入电流至输出电流的转换包括将该输入电流转换成直流中间电流的第一步骤、然后将该中间电流转换成输出电流的第二步骤。
根据一个实施方式，输入电流是交流电流。
根据一个实施方式，输入电流是直流电流。
根据一个实施方式，所述方法包括通过将充电设备的连接器直接连接在电动车辆的连接器上来将该充电设备连接至电动车辆。
根据一个实施方式，所述方法包括调整用于将输入电流转换成输出电流的参数，并且在充电设备与电动车辆的电池和/或电源之间交换信息和指令；所述方法优选地包括将来自充电设备的指令发送至电源，以触发从该电源至充电设备的电供应。
根据一个实施方式，所述方法包括用于经辅助电源向充电设备供电的初步步骤，该辅助电源优选地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。
这被实现归功于紧凑型充电设备的开发，紧凑型充电设备可以形成使得能够对电动车辆电池再充电的真正的备用充电器。
传统的外部充电器使用设置在其端部利用连接器(或插头)连接至车辆的电缆连接至车辆。本发明提出将充电设备集成到设置有用于直接连接至车辆的连接器的外壳中。因此，使得必须对车辆的电池进行再充电的操作更容易，并且充电设备可以很容易地保存和运输，尤其是用作备用充电设备，例如在没有车载充电器或固定的外部充电器或者车载充电器或固定的外部充电器出现故障(或无法使用)的情况下。
因此，所提出的充电器被集成到充电插头。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的充电设备的三维视图。
图2是根据本发明的充电设备的电流转换装置的通用电气图的示例。
具体实施方式
现在将在下文的描述中更详细地并且以非限制性的方式对本发明进行描述。
本发明提供一种移动的、可拆卸的、紧凑并且便携的充电设备，其适用于为电动车辆电池供电。电动车辆是指能够移动或运输人或装备的机动设备，其电动机利用电动机电池的电力供电(优选地全部，但可选地在混合电动车辆的情况下仅一部分)。
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。
“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，而无需借助于任何专门的装备。该设备没有永久集成在诸如电动车辆充电终端的固定式结构上。该设备也没有永久集成在电动车辆中，即，其不是车载充电器。
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(即，下面所描述的其外壳)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。
图1提供了根据本发明的示例充电设备1。后者包括包含电流转换装置和(可选地)使其易于抓握的手柄2的外壳5。
连接器3和附加连接器4(其是可选的)被设置在外壳5的一个面(优选与手柄2相对)上；两者都适用于直接连接至电动车辆的相关的连接器(或插头)。“直接”是指无需媒介物，并且(具体地)无需中间电缆。
连接器3适用于为车辆的电池供电。根据一个实施方式，连接器3允许至车辆的电池的DC(直流)触点的直接连接，DC触点原则上由外部快速充电或半快速充电系统使用。
附加连接器4例如适用于将充电设备1连接至地和/或适用于与电动车辆交换信息或控制信号。
充电设备1还包括用于连接至的电源的装置(此处未示出)，其例如被设置在手柄中或其旁边。
这些连接装置例如可以是布置在外壳5上的另一连接器，并且适用于连接至电缆使得能够将充电设备1连接至电源。另选地，这些连接装置反过来可以包括离开外壳5并利用连接器设置在其自由端的电缆，使得能够将充电设备1连接至电源。
有利的是，用于连接至电源的装置使得能够为充电设备1供电，但优选地也允许到地的连接和/或与电源交换信息或控制信号。
根据本发明的充电设备1代替来自固定充电端子的电缆连接至车辆，但是其利用优选受限、与其备用或升压充电功能相兼容的电力来执行充电。
根据第一操作模式，电源是交流电源，例如一般的配电网。其利用交流输入电流(优选为单相电流(另选地，可选地，多相电流，尤其是三相电流))向充电设备1供电。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。
根据第二操作模式，电源可以是直流电源，例如固定的外部电池、或移动车厢上的外部电池、或应急车辆携带的外部电池。
在该第二实施方式中，所传递的输入电流例如可以具有从20V至1500V(优选为从50V至550V，尤其更优选为从200V至550V，并且特别尤其为从300V至500V)的电压。
根据一个实施方式，外部电池可以是另一电动车辆的电池。那么该操作模式则对应于车辆到车辆紧急充电情况，可用于无法到达充电站的车辆。
根据一个实施方式，充电设备仅适用于根据第一操作模式的操作。
根据一个实施方式，充电设备仅适用于根据第二操作模式的操作。
根据一个实施方式，充电设备适用于根据第一操作模式和第二操作模式二者的操作。
在每种操作模式下，传递的输出电流是适合对电动车辆电池进行充电(即具有从20V至1500V的电压，优选为从50V至550V，还尤其更优选为从200V至550V，并且尤其特别地为从300V至500V)的直流电流。
在第一操作模式下，充电设备1执行AC-DC转换。在第二操作模式时，充电设备1执行DC-DC转换。
一般来说，即使当电源是直流电源时，输出电流的电压也与输入电流的电压不同。这具体是由于电动车辆电池充电(或耗电)的电压根据其充电水平而变化的事实。
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。
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包括用于与电源(或与可能不同的电源)和与电动车辆(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输入电流和输出电流的转换的参数的装置。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源的一个或另一个标准进行操作。
用于与电源交换信息和指令的装置(具体地)能够触发电源的输入电流供给，作为安全操作的一部分。
用于与电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(第二操作模式)时避免其过度消耗。
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)是不具有车载充电器(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)用于允许在初步阶段与电源和与要被充电的电池进行信息和指令的交换，使得能够触发电源的电流供给。
这些辅助供电装置可以包括在充电设备1自身中的辅助电池(或一个或数个电池单元)。另选地，能够提供一种能够利用外部电流供电并且(具体地)在上述的初步阶段期间将该外部电流转换成适用于充电设备1的操作的直流电流的辅助转换器。
尤其能够提供利用来自配电网的交流电流向该辅助转换器供电。还能够提供利用外部电池或利用为电动车辆的设备供电的车载电网来为其供电。
当无论是电源还是要被充电的车辆在其充电连接器都没有可用的电源时，这些辅助供电装置尤其有用。事实上，出于安全考虑，在未证明存在适当的连接并且该连接未经车辆的安全控制装置和其监管系统识别为是至电源的适当的连接的情况下不允许在充电连接器直接接入危险电压。
通过在车辆和电源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，使得能够对车辆的充电进行供电。
参照图2，详细地描述了一种用于根据本发明的充电设备1的电流转换装置的可能的电路。
在该示例中，充电设备1包括输入接口22，其与电源21交换信息和指令，并且可以利用该电源21的电流供电。
充电设备1还包括输出接口27，其与电动车辆电池28交换信息和指令，并且可以利用电流向后者供电。
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形成的组合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连接到输入接口22。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。第一模块23也能够在电源21提供直流输入电流时执行DC-DC转换操作。
第二模块24是桥限幅器(bridge clipper)，其包括开关元件Q3、Q4、Q5、Q6。第二模块24将具有电压U1的直流电流转换成供给变压器25的交流电流。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，电绝缘是安全标准针对从配电网的任何充电所要求的。
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，包括开关元件Q7、Q8、Q9、Q10和电容器C2。该整流器提供跨电容器C2两端的直流电压U2，并从而提供至输出接口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。
该控制系统29如上所述利用辅助供电装置30的能量被供电。如图所示，辅助供电装置30可以包括在充电设备1中或者在后者的外部。
如果充电设备1仅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的话，则不具有变压器25。
另一种可能的(简易的)可以用于代替上述结构的结构将包括设置有复杂命令的单个转换模块。

Claims (19)

1.一种用于电动车辆电池(28)的充电设备(1)，所述充电设备(1)包括外壳(5)，所述外壳(5)包括电流转换装置，所述外壳(5)设置有使得能够将所述充电设备(1)直接连接至电动车辆以便为所述电动车辆电池进行供电的连接器(3)，并且所述充电设备(1)能够由来自电源(21)的输入电流供电，能够经所述电流转换装置将所述输入电流转换成直流输出电流，并且能够利用所述直流输出电流为所述电动车辆电池(28)供电。
2.根据权利要求1所述的充电设备(1)，所述充电设备(1)是便携设备，所述外壳(5)优选设置有手柄(2)。
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)能够通过电缆连接至所述电源(21)。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的充电设备(1)，所述充电设备(1)包括其中所述电源(21)是交流电源并且优选地是配电网的操作模式，并且其中，所述输入电流是交流电流。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的充电设备(1)，所述充电设备(1)包括其中所述电源(21)是直流电源并且优选地是外部电池的操作模式，并且其中，所述输入电流是直流电流。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的充电设备(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，所述外壳(5)设置有使得能够将所述充电设备(1)直接连接至所述车辆，优选地以便与所述电动车辆电池(28)交换信息和指令的附加连接器(4)。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的充电设备(1)，所述充电设备(1)包括控制系统(29)，所述控制系统(29)适用于调整将所述输入电流转换成输出电流的参数；并且适用于与所述第一电动车辆电池(28)和/或与所述电源(21)交换信息和指令。
9.根据权利要求8所述的充电设备(1)，其中，所述控制系统(29)设置有辅助供电装置(30)，所述辅助供电装置(30)优选地从辅助电池和适用于接收直流或交流外部电流并将所述直流或交流外部电流转换成所述控制系统(29)的直流供电电流的辅助转换器中选择。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的充电设备(1)，其中，所述电动车辆是电动汽车。
11.一种用于对电动车辆电池(28)进行充电的方法，所述方法包括以下步骤：
-将根据权利要求1至10中的一项所述的充电设备(1)连接至电源(21)；
-通过将所述充电设备(1)的所述连接器(3)直接连接在所述电动车辆的相应的连接器上来将所述充电设备(1)连接至所述电动车辆；
-向所述充电设备(1)供应来自所述电源(21)的输入电流；
-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；
-向所述电动车辆电池(28)供应所述输出电流。
12.根据权利要求11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，优选地小于或等于6kW的功率。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，将所述输入电流转换成输出电流的步骤包括将所述输入电流转换成直流中间电流的第一步骤、然后将所述中间电流转换成输出电流的第二步骤。
14.根据权利要求11至13中的一项所述的方法，其中，所述输入电流是交流电流。
15.根据权利要求11至13中的一项所述的方法，其中，所述输入电流是直流电流。
16.根据权利要求11至15中的一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：通过将所述充电设备(1)的所述附加连接器(4)直接连接在所述电动车辆的连接器上来将所述充电设备(1)连接至所述电动车辆。
17.根据权利要求11至16中的一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：调整将所述输入电流转换成输出电流的参数，并且在所述充电设备(1)与所述电动车辆电池(28)和/或所述电源(21)之间交换信息和指令；所述方法优选地包括以下步骤：将来自所述充电设备(1)的指令发送至所述电源(21)，以触发从所述电源(21)至所述充电设备(1)的电供应。
18.根据权利要求11至17中的一项所述的方法，所述方法包括用于经辅助电源(30)向所述充电设备(1)供电的初步步骤，所述辅助电源(30)优选地从辅助电池、以及直流或交流外部电流中选择。
19.根据权利要求11至18中的一项所述的方法，其中，所述电动车辆是电动汽车。
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