CN106463994B - 用于给电动车辆充电的电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电源系统，其适合于转换和/或隔离供应给在电池供电车辆内的车辆充电系统的充电电力。该系统包括：隔离变压器，其允许在主电源与车辆充电系统之间的电气隔离和电压转换中的至少一个。变压器包括：初级侧，其中，初级侧的一个或多个端子电气可连接至主电源；以及次级侧，其中，次级侧的一个或多个端子电气可连接至车辆充电系统；EVSE控制装置，其电气可连接至车辆充电系统；数据通信线路，其连接至EVSE控制装置并且可连接至车辆充电系统，在连接至车辆充电系统时该数据通信线路允许将控制信号传输给车辆充电系统、监控在次级侧与车辆充电系统之间的耦接、并且监控在充电期间与车辆充电系统的充电状态相关的至少一个参数。电源系统的进一步特征在于，隔离变压器是固态变压器，并且进一步在于，隔离变压器和EVSE控制装置构成集成单元，即，在物理上设置在共同的单元内。本发明还涉及一种用于监控来自电源系统的信息的计算机程序产品。

Description

用于给电动车辆充电的电源系统
技术领域
本发明总体上涉及电源系统的领域。更具体而言，涉及适合于转换和/或隔离供应给在电池供电车辆内的车辆充电系统的充电电力的电源系统。
背景技术
现代电动车辆或混合动力车辆在更大程度上适合于特定的用户偏好。通常期望由传统的内燃机车辆提供相同的舒适程度，例如，宽敞的内部、快速加速、长距离、空气调节、加热设备、电动除霜器、大型设备封装等。
所有这些要求的组合造成每行驶公里的电力消耗快速增加，这再次需要大幅增大电池容量。现代基于锂的电池解决了这些要求设置的很多挑战。然而，随着电池的发展，出现了其他挑战。
在现代电动车辆内的电池在完全充电之前需要大量能量。普通的家庭单相功率点(例如，230V/10A)的充电周期缓慢，通常是10-35个小时。由于用户必须在比内燃机车辆更大的程度上调整其使用范围，所以这减少了车辆的可用性，因此，由于感觉到距离、可靠性以及可预测性降低，所以提供了更低的舒适度。
为了补偿上述缺点，必须以更高的速率进行能量供应。与对应的单相电源插座的电力相比，很多现今的电动车辆能够从基于三相的接地系统中以远远更高的程度接收电力。
根据1995年9月第一次发表的公开E/CT 1973，Bernard Lacroix和Roland Calvas(参见http://www.schneider-electric.com.au/documents/technical-publications/ en/shared/electrical-engineering/dependability-availability-safety/low- voltage-minus-1kv/ect173.pdf)，全世界具有三组国际标准的接地系统，即，TN系统、TT系统以及IT系统。
TN系统：
在TN系统中，变压器中性点接地，并且任何电力负荷的框架连接至中性点。图1的A和B分别示出了TN-S和TN-C接地系统的现有技术示图，尤其示出了接地系统变压器1、电力负荷2以及负荷框架3。在这两种配置中，变压器中性点连接至地面。在TN-S系统中，电力负荷2的框架3和负荷的中性点连接至共同的接地导线(PEN)，而在TN-C接地系统中，电力负荷2的框架3和负荷中性点分别连接至接地导线(PE)和中性导线(N)。在电力导线(L1-L3)之间的相间电压通常是400VAC。进一步，在每个电力导线(L1-L3)与中性导线(N)之间的相对中性点电压(phase-to-netrual voltage)分别通常是230VAC。在这三个电力导线(L1-L3)中的一个或多个内发生故障电流的情况下，相关部分变成可以由短路保护装置(SCPD)断开的短路。TN系统也被视为比较耐火，这是因为超过额定电流的任何接地故障造成缺陷电路立即断开。
TT系统：
与在TN系统中一样，在TT系统中，变压器中性点通过第一接地连接接地，并且相间电压通常是400VAC。进一步，如在图2的现有技术示图中所示，任何电力负荷2的框架3连接至第二接地连接。任何故障电流在该系统中由在这两个接地连接之间的阻抗(未示出)限制，并且故障部分可以由剩余电流装置(RCD)断开。与在图1中一样，在图2示出接地系统变压器1。
IT系统：
与TN和TT系统不同，在IT系统中，变压器中性点在理论上不接地，但是对每个客户必须具有分离式接地线。这在图3的现有技术示图中示出，图3示出了接地系统变压器1、电力负荷2以及负荷框架3。实际上，IT系统由网络的杂散电容4和/或由高阻抗(通常是1’500Ω)连接至地面。而且，相间电压通常是230VAC，即，比TN和TT系统低～40％。在IT系统内发生绝缘故障的情况下，由于网络的杂散电容4，所以出现小电流，小电流不自动显示灾害风险。然而，如果发生第二故障，并且还未消除第一故障，则出现短路，并且SCPD必须提供必要的保护。
与在充电部位使用的接地系统无关，应始终具有电动车辆供电设备(EVSE)单元，以便使电力开始通过充电导线从电源中流入要充电的电池中，并且在充电之前在包含可充电系统(例如，电动车辆)的电池与充电电源之间执行重要的通信。这在图5中示意性示出，图5示出了现有技术原理电路图，其中，将电力不经电力转换从电源或配电箱5中供应给EVSE单元6。在EVSE单元6与可充电系统之间的信号通常是通过专用PWM线路8流动的脉宽调制(PWM)型，其中，脉宽提供关于从连接的电源5中可提取的最大可接收功率(power，电力)的信息。可充电系统还可将回波信号传输回EVSE单元6，提供关于充电状态以及基于跨过相同的PWM线8上的功率提取内的变化的任何故障的信息。因此，EVSE单元6允许在单元6与可充电系统之间有效地交换信息，这可以防止本地电源5过度充电，同时提供用户状态和故障报告。此外，EVSE单元6确保在与可充电系统的任何连接之前其进入的充电插头7不被供电。
在上述这三个接地系统之中，由于以下主要特征，所以IT接地系统被视为最不适合于三相充电：
-没有中性导线(N)，
-较低的相间电压，
-接地质量的较大变化，
-未检测到接地故障的风险。
IT系统的不稳定性可以至少由实现从IT系统至TN或TT系统的转换的变压器的引入减少。因此，电压可以更好地适合于在电动车辆(或任何其他电池供电系统)内的电池的规范，提供最有效的充电(例如，相间电压400VAC)。此外，变压器确保与单独的接地连接电流隔离的电源。在图5示出这种电源系统，该图示出了现有技术原理电路图，其中，在馈送到EVSE单元6内之前，通过电流隔离变压器9转换从电源或配电箱5中供应的电力。
使用完全安装的TN和/或TT系统，提供与接地系统的电流隔离的变压器可以甚至证明对用户有用。例如，某些电动车辆最近具有充电问题的迹象，这些问题被认为与接地的质量相关。专用隔离变压器提供增加单独接地的可能性，因此，降低了经受与接地相关的充电问题的风险。
然而，这种传统的隔离变压器与EVSE单元一起安装，受到几个不可取的影响的阻碍：
-包括EVSE单元和变压器的充电系统的总体积和重量增大；
-噪声等级更高；
-传统变压器的美感被视为较差；
-购买单独变压器和EVSE单元增加总成本；
-由于在系统内流动的高电感电流，所以传统变压器需要使用延时熔断器；
-传统变压器需要连续操作，造成非负荷损失增大；
-随着引入了额外电气元件(例如，隔离变压器)常规火灾隐患增加。
适合于上述目的的隔离变压器通常具有在70与100千克之间的重量以及在0,25-0,5m2之间的体积，在安装期间需要额外人员和/或设备。通过提供专用基础设施，可以至少减少更大的噪声等级，但是这会造成成本增大，并且可能提供甚至更差的美感。如果存在具有冷却空气间隙的镀锡铁皮覆盖层，则后一个缺点更明显。由于这些原因，所以通常可取地找出或者创建在很大程度上隐藏变压器的安装部位，因此，提供了进一步引起总成本的挑战。
由于这种类型的熔断器更慢并且需要更多的电力来触发，所以在激活变压器期间使用延时熔断器，以便补偿在系统内流动的高电感电流，在错误条件下提供更少的保护。额外的软启动系统或零交叉打击系统可以减少延时熔断器的缺点。然而，这造成复杂性和成本进一步增大。
传统变压器的另一个问题在于，这些变压器通常连续操作。因此，具有非负荷损失，该损失可以随着变压器的特定配置而改变。作为一个实例，15kVA变压器的传统负负荷损失在100与250W之间。通过投入更详尽的变压器，可以略微减少这种非负荷损失，给操作提供更少的涡流损失和阻力损失，但是以更高的成本为代价。除了非负荷损失以外，在充电期间还具有主要由铜损失造成的损失以及来自涡流损失和磁声损失的损失。通常，这些充电损失在传统变压器内构成2-5％的转换功率。
EVSE单元和后续安装成本的任何投入必须加入合适的变压器的投资、输送、调整以及安装成本内。
因此，本发明的一个目标在于，提供一种成本和能源有效的电源系统，用于给在可充电系统内的电池充电，允许在充电部位处具有高接地质量。本发明的另一个目标在于，提供一种减少安装传统的隔离变压器的上述缺点的至少一些电源系统。
发明内容
上述目标由根据权利要求1所述的电源系统实现。本发明还涉及一种根据权利要求15所述的计算机程序产品。在剩余的从属权利要求中限定进一步有利的特征。
尤其地，本发明涉及一种电源系统，其适合于转换和/或隔离供应给在电池供电车辆内的车辆充电系统的充电电力。所述系统包括隔离变压器，其允许在主电源与车辆充电系统之间的电气隔离和电压转换中的至少一个。主电源可以是配电系统，例如，TN接地系统、TT接地系统或IT接地系统。所述变压器包括：初级侧，其中，所述初级侧的一个或多个端子电气可连接至所述主电源；以及次级侧，其中，所述次级侧的一个或多个端子电气可连接至所述车辆充电系统；EVSE控制装置，其电气可连接至所述车辆充电系统；数据通信线路，其连接至所述EVSE控制装置并且可连接至所述车辆充电系统，当连接至所述车辆充电系统时该数据通信线路允许将控制信号传输给所述车辆充电系统、监控在次级侧与所述车辆充电系统之间的耦合、并且在充电期间监控与所述车辆充电系统的充电状态相关的至少一个参数。电源系统的进一步特征在于，所述隔离变压器是固态变压器，并且进一步在于，所述隔离变压器和所述EVSE控制装置构成集成单元，即，在物理上设置在共同的单元内。
在一个优选的实施方式中，所述EVSE控制装置被配置成在检测到在所述变压器次级侧的对应电力接收端子之间的耦合时，激活电力流入所述固态变压器初级侧的一个或多个端子中的至少一个内，使得能够开始给所述车辆充电系统充电。该激活可以由在初级侧上连接的切换系统内的一个或多个功率继电器执行。
在另一个优选的实施方式中，所述固态变压器是三相固态变压器，其被配置成允许以下电力转换中的一个或多个：
-将单相交流电压(AC)转换成电流隔离三相交流电压(AC)，
-将三相交流电压(AC)转换成电流隔离单相交流电压(AC)，
-将三相交流电压(AC)转换成电流隔离三相交流电压(AC)，
-将三相交流电压(AC)转换成直流电压(DC)，并且
-将单相交流电压(AC)转换成直流电压(DC)。
在另一个优选的实施方式中，所述固态变压器被配置启用两个或多个电力转换，并且进一步在于，所述固态变压器包括切换系统，其实现在不同电力转换之间的用户控制的切换。
在另一个优选的实施方式中，所述固态变压器被配置使第一交流相间电压(Vp)能够从三相主电源三相转换成第二交流相间电压(Vs)，其中，根据给在所述车辆充电系统内的一个或多个电池充电所需要的三相交流电力，设置所述第二交流相间电压(Vs)。第一和第二交流相间电压(Vp、Vs)可以相等或不同。例如，Vp可以是230VAC，并且Vs可以是400VAC。所述主电源是IT接地系统类型的配电系统。
在另一个优选的实施方式中，所述EVSE控制装置包括监控装置，其被配置成监控描述所述电源系统的性能的物理参数。所述物理参数可以包括以下中的至少一个：在所述固态变压器内的温度；在所述集成单元内的环境温度；空气湿度；供应给所述固态变压器的初级侧的初级电压(Vp)；从所述固态变压器的次级侧中供应的次级电压(Vs)；在充电期间由连接的主电源(5)的故障造成的接地故障；在所述集成单元(100)内的电气元件之间的电力流；以及电气连接至所述固态变压器(9)的次级侧(9b)的车辆充电系统可接收的最大功率(maximum power，最大电力)。而且，EVSE控制装置可以包括监控器件，其被配置成监控由连接的配电系统(例如，TN接地系统、TT接地系统或IT接地系统)供应的相位电压中的一个或多个以及由配电系统供应的相位电流中的一个或多个。而且，所述EVSE控制装置可以包括第一传输器件(20)，其允许访问物理参数以及将物理参数传输给计算机网络，例如，内联网、外联网和/或互联网。
在另一个优选的实施方式中，所述主电源是将三相电力分配给所述集成单元的配电系统，并且所述电源系统进一步包括：第三通信线路，其可连接在所述EVSE控制装置与所述配电系统之间，该第三通信线路允许测量在所述配电系统(配电盘/保险丝盒)的入口点处的输入电压和输入电流中的至少一个并且数据传输给所述EVSE控制装置(6)。
在另一个优选的实施方式中，所述电源系统进一步包括被配置成将电力从所述主电源中传输给所述集成单元的至少一个电力电缆，其中，所述至少一个电力电缆中的每个包括用于传输电力的至少一个电力线以及用于传输控制信号的至少一个数据通信线路。
在另一个优选的实施方式中，所述电源系统进一步包括被配置成将电力从所述集成单元中传输给所述车辆充电系统的至少一个电力电缆，其中，所述至少一个电力电缆中的每个包括用于传输电力的至少一个电力线以及用于传输控制信号的至少一个数据通信线路(19)。
所述控制信号可以是功率宽度调制(PWM)的信号型。而且，能够将控制信号从所述主电源中传输给所述车辆充电系统的所述数据通信线路可以被配置成旁路所述固态变压器。
本发明还涉及一种储存在控制单元的存储器内的计算机程序产品，其包括计算机可读指令，当在控制单元上装载和执行计算机可读指令时，所述指令监控描述根据上述特征中的任一个的电源系统的性能的物理参数。
在以下描述中，引入多个具体细节，以提供所要求的设备和方法的实施方式的彻底理解。然而，相关领域的技术人员会认识到，无需一个或多个具体细节，或者通过其他元件、系统等，可以实践这些实施方式。在其他情况下，未示出众所周知的结构或操作，或者未详细描述，以免所公开的实施方式的方面晦涩难懂。
附图说明
图1的A和B分别示出了根据现有技术的TN-S和TN-C接地系统的电路图；
图2示出了根据现有技术的TT接地系统的电路图；
图3示出了根据现有技术的IT接地系统的电路图；
图4示出了根据现有技术的原理电路图，其中，将电力不经转换供应给电动车辆充电插头；
图5示出了根据现有技术的原理电路图，其中，将电力经过转换供应给电动车辆充电插头；
图6示出了根据本发明的配电系统的原理图；
图7A和图7B分别示出了根据本发明的第一实施方式的原理电路图和更详细的电路图，其中，将电力经过转换供应给电动车辆充电插头；
图8示出了根据本发明的第二实施方式的原理电路图，其中，将电力经过转换和/或隔离供应给电动车辆充电插头；
图9示出了根据本发明的第三实施方式的原理电路图，其中，将电力经过转换和/或隔离供应给电动车辆充电插头，；
图10示出了根据本发明的第四实施方式的原理电路图，其中，将电力经过转换和/或隔离供应给电动车辆充电插头；
图11示出了根据本发明的第五实施方式的原理电路图，其中，将电力经过转换和/或隔离供应给电动车辆充电插头；
图12示出了根据本发明的原理电路图，其中，将三相电力供应到三相固态电力转换器内，用于从IT接地系统到TN接地系统的电气转换和隔离；
图13示出了详细电路图，其中，将三相电力供应到三相固态电力转换器内，用于在给电动车辆充电之前的电气隔离或转换；
图14A和图14B示出了原理电路图，其中，将电力经过转换和/或隔离供应给电动车辆；
图15示出了原理电路图，其中，将电力经过转换和/或隔离供应给电动车辆；
图16示出了原理电路图，其中，将电力经过转换和/或隔离供应给电动车辆；以及
图17示出了原理电路图，其中，将电力经过AC/DC转换供应给电动车辆。
具体实施方式
在挪威的典型私人宅邸具有可向供电电源购买的大约25kW的电力。通常，将3kW分配到车库内，给电动车辆(例如，Tesla)充电的正常充电时间是大约30个小时，或者给大部分电动汽车(例如，Renault、Volkswagen以及Nissan Leaf)充电的正常充电时间是大约10个小时。
通过创新系统，充电时间可以大幅提高，同时保持稳定的电力供家庭使用。通过创新系统，电动车辆可以使用更高的功率(例如，11kW)充电，这能够快三倍充电。
创新系统很好地符合具有受由挪威公司Zaptec开发的空间技术以及智能功率系统启发的装饰设计的任何车库。
创新系统使得能够从任何智能电话、平板或计算机系统中监控和控制。进一步，系统可以通过所谓的自适应充电，根据在宅邸内使用的电流功率，调整其充电速度。确保消除或者减少因过度的功率使用造成的断电风险，并且通过可能最快的速率，发生电动车辆的充电。
创新系统适合于智能电网，这表示可以与公用事业公司(例如，地方电力公司)通信。该选择被视为重要，以便在未来为最佳的经济充电提供进一步的机会。例如，会允许将创新系统编程，以在电价最便宜时(通常在夜间)，给电动车辆充电。这确保更低的成本和优化效率。
创新系统还包括安全系统，除了保持高质量和控制可用电力以外，该系统还确保在宅邸内具有更大的安全性。
上面结合本发明的相关背景技术描述了图1-图3。图4和图5示出了现有技术解决方案，用于通过包含电动车辆供电设备(EVSE)6的盒体将电力从电源或配电系统5中提供给电动车辆(EV)插头7。通过充电电源13、14、16供应电力。在EVSE盒体6与EV插头7之间的电气连接8、16可以被配置成使得均供应必要的电力(通过电源连接器16)并且在EV插头7与EVSE6之间执行某个信号通信。通过PWM线8传输脉宽调制(PWM)信号，可以完成该信号通信，其中，脉宽传送例如关于从可用的配电系统5中可获得的最大功率的信息。通过PWM线8监控功率负荷的变化，EV插头7连接的车辆10(图6)还可以传输诸如电流充电状态和电气故障等信息。在图5中，通过合适的变压器9进行电力转换。如果配电系统5给功率提供与在电动车辆10内的充电系统所需要的不同电压，则例如，需要这种变压器9。
本发明的主要动机在于，提供一种系统，用于在电池供电的车辆的充电期间，转换和/或隔离交流电力，以便节省重量、空间、安装时间、能量、审美以及成本。这通过将固态变压器(SST)和EVSE功能组合为一个单元为来实现。该单元能够例如在IT网格与TN网格(230VAC/400VAC)之间执行电压转换，在电动车辆与网格/配电系统之间提供电流隔离(其中，这是必须的和/或强制的和/或明智的)，并且能够使用具有相同功能的移动充电适配器，如上所述。
在图6示出了本发明的电源系统的典型安装的概述，图6示出了来自公用事业公司的变压器1的电力流，将电力提供给例如家庭12(或者任何其他需要电力的建筑物)。进入的电力通过供电电源(mains)22供应给配电系统或面板5。通过充电电源13、14进一步分配一些可用电力，用于通过EVSE盒体6将必要的电力提供给EV插头7/车辆10。
图7-图10示出了根据本发明的一些实施方式的转换和/或隔离系统的原理电路图。更具体而言，图7A示出了根据本发明的第一实施方式的原理电路图，其中，配电系统5通过第一充电电源13供应未转换的电力。固态变压器(SST)9或任何其他隔离变压器将由配电系统5供应给变压器9的初级侧9a的初级电压(Vp)转换成从变压器9的次级侧9b中供应的次级电压(Vs)。然后，将由次级电压(Vs)形成的电力传输给EV插头7。EVSE单元6耦接至EV插头7，以允许通过第一数据通信线路8在其间数据通信。该系统优选地被配置成还能够通过第二数据通信线路15在EVSE单元6与变压器9之间进行数据通信。围绕EVSE单元6和变压器9的虚线表示这两个单元6、9嵌入共同的盒体内，即，作为集成单元100。该解决方案节省了例如组装工作、成本以及空间。还可以提高系统的美感(根据设计)。图7B示出了在图7A中的第一实施方式系统的进一步细节。变压器9显示为包括变压器模块9c，其包括用于管理供应给初级侧9a的电力的元件，例如，接触器、主熔断器、EMC滤波器等。而且，EVSE单元6显示为包括例如电源23(例如，5V/12V)，以将电力提供给具有一组元件的EVSE模块20，这组元件提供变压器9和/或电动车辆10(通过EV插头7)的期望控制。例如，这些元件可以是微控制器单元和PWM逻辑(图13)。再次，最外面的虚线表示EVSE单元6和变压器9应优选地构成集成单元100。EVSE模块20还可以被配置成能够监控参数(例如，在变压器9内的温度)，监控初级电压(Vp)、相位电压、相位电流、任何接地故障以及其他系统温度(例如，关于三相变压器的每个相)、环境温度、空气湿度等。后面这两个参数可以重要，这是因为如果环境温度和/或空气湿度过高，则通常不应执行充电。
图8和图9分别示出了本发明的第二和第三实施方式，其中，在进入变压器9的初级侧9a之前，通过EVSE单元6引导通过第一充电电源13从配电系统5中供应的电力。因此，给EVSE单元6被提供电网电压，在安装部位处没有预先转换，并且可以检测与电动车辆对应的负荷的任何连接，因此，请求开始充电。在登记这种请求(通过数据通信线路8)时，激活变压器9，以便开始充电，需要转换电压和/或提供具有单独接地的需要的隔离。结果，仅仅在系统被设置为给电动车辆10充电时，激活变压器9。因此，变压器9具有很少或者没有负荷损失，节省了大量能量和操作费用。相对第一实施方式(图7)，在图8示出的第二实施方式与在图9示出的第三实施方式之间的差异在于，EVSE单元6和变压器9整合到共同的单元100内。因此，在这种情况下，操作费用的潜在节省在于通过将EVSE单元6和变压器9制造成一个集成单元100所实现的制造节省。图9还示出了在变压器9与EVSE单元6之间的允许两个单元6、9交换数据的第二数据通信线路15。注意，数据流可以是单向数据流或双向数据流。
对于所有上述配置，变压器的特别选择应是固态变压器，例如，在出版物978-1-4244-2893-9/09 2009IEEE p.3039-3044中公开的类型的固态变压器，该出版物通过引证结合于此。在该连接中，在出版物及其相关的文本中特别参考图1。这种固态变压器具有提供更多空间和/或节省成本的可能性。而且，可以促进更多地控制可用数据。作为一个实例，图10和图11分别示出了本发明的第四和第五实施方式，其中，通过连接至配电系统5的相关元件18的第三通信线路17进行数据监控/控制，例如，由进入建筑物12或讨论中的配电面板5的电力(I&U)的电流和/或电压测量。这些数据可以用于基于可用功率调节电动车辆10可以接收的最大充电电流。通过这种方式，车辆可以汲取最大充电电力，没有建筑物12和/或配电面板5的主熔断器切断的风险(车辆10必须适合)。还可以例如通过互联网记录数据，执行升级或者执行以上配置的调试。这可以通过连接合适的变压器和互联网连接来实现，可选地通过未来的AMS系统(用于自动功耗测量的系统)。图10示出了一个实例，其中，通过单独的数据通信线路8、15、17在不同的模块5、6、7、9之间发生数据通信，而图11示出了使用电力线通信17、19在配电系统5的相关元件18与EVSE单元6之间进行数据通信17并且在变压器9与EV插头7之间进行数据通信19，即，通过监控脉宽调制(PWM)信号。例如，脉宽通知车辆10关于可以从连接的配电系统5中汲取的最大功率。然后，车辆10将信号发送回EVSE单元6，通过相同的PWM线8、19汲取的电力的变化，通知该单元关于充电状态和任何故障。此外，通过PWM线8、17、19的通信可以确保在与电动车辆10适当地连接之前，未激活电荷流量。
可以使用数字和/或模拟网络/信号，在不同的单元/模块5、6、7、9之间容易地传输数据信息。
图12示出了在上述转换和隔离系统用于将IT接地系统转换成TN接地系统时特定的电气连接。清楚地看到，使用三相变压器9将230VAC相间电压转换成接地(PE)400VAC相间电压。三相变压器9包括三个电力模块9’、9”、9”’，每个模块具有包括初级绕组和端子的初级侧9a以及包括次级绕组和端子的次级侧9b。在次级侧9b的每个相位的两个端子中的每个连接至共同的中性(N)和接地(PE)线，与TN-S接地系统(图1A)的情况一样，或者连接至单独的中性(N)线，与TN-C接地系统(图1B)的情况一样。
注意，即使在说明书中参考电动车辆，转换和/或隔离系统也同样适用于包含需要定期充电的设备的其他电池或电容。
在图13示出了详细电路图，其中，作为仅仅一个实例，示出了IT到TN转换。广泛参考在电动车辆导电充电系统的领域中相关的标准(国际标准(ISO)/欧洲标准(EN))，该系统促进技术人员实现本发明。
上面描述了本发明，涉及在相同的单元100内整合EVSE单元6和变压器/SST 9的一般发明概念。这种单元100可以是移动单元100。然而，在使用时，该单元始终电气连接至网格/配电系统5。
在下面，描述本发明的替换物，其中，变压器或SST 9由用户嵌入应连接至现有EVSE单元6的适配器内。非常可取的是，这种适配器具有电流隔离。而且，适配器可以作为一个选择允许在两个不同的电压和/或不同类型的电流/电压之间转换，即，以下中的一个或多个：
-单相AC到单相AC；
-单相AC到DC；
-三相AC到单相AC；
-三相AC到三相AC；以及
-三相AC到DC。
在DC的情况下，限制的DC电力是从EVSE单元6可获得的电力。
图14A和图14B示出了连接适配器与在EVSE单元6与EV插头7之间的SST型变压器9的实例，EV插头连接至在电动车辆10内的充电系统。与前面一样，变压器9包括从EVSE单元6连接至电源14的初级侧9a以及连接至EV插头7的电源16的次级侧9b。使用穿过包含变压器的适配器的PWM线8，至少在EVSE单元6与电动车辆10之间确保数据通信。而且，在图14A的适配器包含电连接器(凹(female)/凸(male))，其固定至其外壁，分别面向EVSE单元6和电动车辆10。相反，图14B示出了一个实例，其中，电连接器(凹/凸)设置在与外壁相距一定距离的电缆上。
图15示出了系统的实例，其中，电气隔离的SST放在EVSE之后并且为一个或多个相位执行1:1电压转换。该特定配置的目标在于，在电动车辆与剩余的电气系统(供应/网格)之间实现电流分离，以便即使在具有不充分的接地时确保车辆“充电”。可以设计和销售装置，作为适配器(可以在使用之间沿着电动车辆进入并且储存在电动车辆内部)。在SST内的初级侧电气连接至供电连接器，并且其次级侧电气连接至电源插头。在供电连接器内的至少一个销和在电源插头内的至少一个销应彼此电气和/或信令连接，使得可以在供电连接器(初级侧)上连接的设备与在电源插头(次级侧)上连接的设备之间传输至少一个控制信号(例如，PWM信号)。
图16示出了系统的实例，其中配置与在图15的配置相似。然而，该特定的配置另外装有内部控制/逻辑单元，必要时，该单元能够监控和/或影响(覆盖)PWM信令过程。装置监控和/或覆盖根据充电系统IEC-TS62763。在特别热的日子里，和或如果覆盖或者部分堵塞通风过滤器、通道或风扇，则SST可以变得太热，并且可以请求控制关闭充电过程(通过根据标准改变PWM信令电平)。还可以用信号通知更低允许的电流电平应由EV(低于EVSE允许的电流电平)消耗。即使出现故障和/或过热情况，甚至具有比EVSE通常被调整为传送的电平更低的电平，如果发生充电，则是个优点。这通过读出输入的PWM并且提供更低(更小)的PWM信号(根据新PWM宽度，教导EV减少电流撤退)或者通过改变进入PWM回路(使用温度故障、通风故障和/或根据IEC-TS62763断开信令协议)内的电流来进行。一种重要的安全措施是确保输出的PWM信号(进入电动车辆内)不表示电流高于原始EVSE的PWM信号。
图17示出了系统的实例，其中，转换器电气放在EVSE与电动车辆(如前所述)之间，但是现在除了逻辑电路以外，还具有电子AC/DC转换器，该转换器能够读出输入的PWM编码并且输出相应的(并且可能(向下)调整的)PWM编码和/或PLC、CAN总线或相似的总线编码，以传送给电动车辆(用于进入/来自不同的信息系统的电流电平调整，并且用于在故障期间(向下)调整，如前所述)。通过使用上述系统，可以将DC充电输入(例如，ChaDeMo)用于给电动车辆半快速充电，这通常不接受来自可用AC充电器的这种高充电电力。使用该方法，3-6倍的功率可以用于充电。
在前面的描述中，根据说明性实施方式，描述了根据本发明的系统的各种方面。为了解释的目的，陈述了特定的数字、系统以及配置，以便提供设备及其工作的彻底理解。然而，该描述并非旨在通过限制的意义来解释。对于公开的主题所属的领域的技术人员显而易见的说明性实施方式的各种修改和变化以及设备的其他实施方式被视为在本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种电源系统，用于在供应给在电池供电车辆(10)内的车辆充电系统之前隔离充电电力，所述系统包括：
-隔离变压器(9)，允许主电源(5)与所述车辆充电系统之间的电气隔离，其中，隔离变压器(9)包括：
o初级侧(9a)，其中，所述初级侧(9a)的一个或多个端子能够电气连接至所述主电源(5)；以及
o次级侧(9b)，其中，所述次级侧(9b)的一个或多个端子能够电气连接至所述车辆充电系统；
-EVSE控制装置(6)，能够电气连接至所述车辆充电系统；
-数据通信线路(8)，连接至所述EVSE控制装置(6)并且能够连接至所述车辆充电系统，当连接至所述车辆充电系统时所述数据通信线路(8)允许
o将控制信号传输给所述车辆充电系统，
o监控在所述次级侧(9b)与所述车辆充电系统之间的耦接，并且
o监控在充电期间与所述车辆充电系统的充电状态相关的至少一个参数，
其特征在于，
所述隔离变压器(9)是AC至AC固态变压器(9)，并且其特征进一步在于，所述隔离变压器(9)和所述EVSE控制装置(6)构成集成移动单元(100)，
所述AC至AC固态变压器(9)是被配置成允许以下电力转换中的一个或多个的三相固态变压器(9)：
-将单相交流电压(AC)转换成电流隔离三相交流电压(AC)，
-将三相交流电压(AC)转换成电流隔离单相交流电压(AC)，以及
-将三相交流电压(AC)转换成电流隔离三相交流电压(AC)。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述EVSE控制装置(6)被配置成当检测到在所述固态变压器(9)次级侧(9b)的对应电力接收端子之间的耦接时，激活流入所述固态变压器(9)初级侧(9a)的一个或多个端子中的至少一个的电力，使得能够开始给所述车辆充电系统充电。
3.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，所述固态变压器(9)被配置启用所述电力转换中的两个或更多个，并且其特征进一步在于，所述固态变压器(9)包括实现在不同电力转换之间的用户控制切换的切换系统(9c)。
4.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，所述固态变压器(9)被配置使第一交流相间电压(Vp)能够从三相主电源(5)三相转换成第二交流相间电压(Vs)，其中，根据给在所述车辆充电系统内的一个或多个电池充电所需要的三相交流电力来设置所述第二交流相间电压(Vs)。
5.根据权利要求4所述的电源系统，其特征在于，所述三相主电源(5)是IT接地系统(5)类型的配电系统。
6.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，所述EVSE控制装置(6)包括监控器件，所述监控器件被配置成监控描述所述电源系统的性能的物理参数。
7.根据权利要求6所述的电源系统，其特征在于，所述物理参数包括以下中的至少一个：
-在所述固态变压器(9)内的温度，
-在所述集成单元(100)内的环境温度，
-空气湿度，
-供应给所述固态变压器(9)的初级侧(9a)的初级电压(Vp)，
-从所述固态变压器(9)的次级侧(9b)中供应的次级电压(Vs)，
-在充电期间由连接的主电源(5)的故障造成的接地故障，
-在所述集成移动单元(100)内的电气元件之间流动的电力，以及
-由电气连接至所述固态变压器(9)的所述次级侧(9b)的所述车辆充电系统能够接收的最大电力。
8.根据权利要求6所述的电源系统，其特征在于，所述EVSE控制装置(6)进一步包括允许访问所述物理参数并将所述物理参数传输给计算机网络的第一传输器件。
9.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，
所述主电源(5)是将三相电力分配给所述集成移动单元(100)的配电系统(5)，并且
所述电源系统进一步包括：
-第三通信线路(17)，能够连接在所述EVSE控制装置(6)与所述配电系统(5)之间，其中，所述第三通信线路(17)允许对在所述配电系统(5)的入口点(18)处的输入电压和输入电流中的至少一个的测量以及至所述EVSE控制装置(6)的数据传输。
10.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，所述电源系统进一步包括被配置成将电力从所述主电源(5)中传输给所述集成移动单元(100)的至少一个电力电缆(13)，其中，所述至少一个电力电缆(13)中的每个包括用于传输电力的至少一个电力线以及用于传输控制信号的至少一个数据通信线路(17)。
11.根据权利要求1或2所述的电源系统，其特征在于，所述电源系统进一步包括被配置成将电力从所述集成单元(100)中传输给所述车辆充电系统的至少一个电力电缆(16)，其中，所述至少一个电力电缆(16)中的每个包括用于传输电力的至少一个电力线以及用于传输控制信号的至少一个数据通信线路(19)。
12.根据权利要求10所述的电源系统，其特征在于，所述控制信号是脉宽调制(PWM)信号类型。
13.根据权利要求10所述的电源系统，其特征在于，能够将控制信号从所述主电源(5)传输给所述车辆充电系统的所述数据通信线路(17、19)被配置成旁路所述固态变压器(9)。
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