CN113195288A - 用于车辆的电力传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆(10)的电力传输系统(20)，该电力传输系统包括用于存储电力的能量存储系统(30)和被连接到该能量存储系统的双向功率系统(40)，该双向功率系统包括：用于功率转换的双向DC/AC转换器(50)，该双向DC/AC转换器(50)被连接到该能量存储系统；接合单元(60)，该接合单元被连接到双向DC/AC转换器并且包括用于连接到外部供电电网(72)的充电接口(70)和用于连接到外部功率负载(82)的电力输出(ePTO)(80)接口，并且其中该双向功率系统被配置为执行以下操作中的任一项：ePTO第一操作(110)，其中功率从能量存储系统经由双向功率系统被传递到ePTO接口；ePTO第二操作(120)，其中功率从充电接口经由双向功率系统被传递到ePTO接口；以及充电操作(130)，其中功率从充电接口经由双向功率系统被传递到能量存储系统。

Description

用于车辆的电力传输系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的电力传输系统。本发明还涉及一种包括这种电力传输系统的车辆。本发明还涉及一种通过控制单元控制这种电力传输系统的方法。

本发明可以被应用于任何类型的混合动力车辆或电动车辆，诸如部分或完全电动车辆。尽管主要针对电动卡车描述了本发明，但是本发明不限于该特定车辆，而是还可以用于其它混合动力或电动车辆，诸如电动工作机、电气建筑设备和电动公交车。本发明还可以被应用于几种不同类型的电动工作机，例如轮式装载机、铰接式卡车、自卸车、挖掘机、消防车、冷藏车和反铲装载机等。

背景技术

在用于诸如电动车辆的车辆的充电系统和电气推进系统的领域中，存在几种不同的构造，以用于在车辆上存储电能并且通过将电能转换为电能来为车辆提供推进力。通常，能量存储系统具有被连接到电机的电池，以根据系统的需要提供或吸收电能。此外，能量存储系统通常被布置在车辆中的适当位置处，以确保电池在效率和安全性方面能够以适当的方式放电和充电。通过示例来说，这样的电池通常是可再充电电池，并且通常包括多个电池单体，所述多个电池单体可以被串联和/或并联连接以形成用于车辆的完整的电池组系统。

在这些类型的系统中，对电池的充电通常在车辆静止不动时通过将车辆连接到外部电网来执行，例如外部线路电压静态供应，诸如借助于车载或非车载电池充电器的三相400伏静态AC电网(grid)供应。以这种方式，电流从外部电网被传递到车辆上的电池。

关于对电池的充电，期望确保用于在各种类型的诸如可再充电电池的电气设备、诸如电机的能量源和外部电网之间供应电力的适当解决方案。例如，该系统通常应当被布置或配置为在外部电供应网络与车辆上的电池之间提供电流隔离。

为了以可靠且安全的方式连接车辆中不同类型的电气设备，某些系统可以包括接线单元。接合单元是一种电气装置，其用于容纳多个不同的电气连接，以保护连接并且提供安全屏障。特别地，一些车辆充电系统具有被布置在可再充电电池与充电接口之间的接合单元。通过经由电接合单元将充电接口和可再充电电池彼此电连接，可以以安全且可靠的方式从外部电网络电网向电池供应电力。

随着电气推进系统和诸如可再充电电池的车载电能存储系统的日益发展，也出现了许多使车载车辆实用程序适应在电能存储系统的支持下操作的机会。此类实用程序可能包括工具，诸如车载起重机或任何其它实用程序。因此，期望进一步改进诸如部分或完全电动车辆之类的车辆的电气系统，以满足车辆的各种操作者和使用者的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于车辆的改进的电力传输系统，其中可以以通用的方式提供诸如充电和功率供应的各种功能。该目的至少部分地通过根据权利要求1的电力传输系统来实现。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于车辆的电力传输系统。该电力传输系统包括用于存储电力的能量存储系统(EES)和被连接到该能量存储系统的双向功率系统。该双向功率系统包括用于功率转换的双向DC/AC转换器。该双向DC/AC转换器连接到能量存储系统。双向功率系统还包括连接到双向DC/AC转换器的接合单元。该接合单元包括用于连接到外部供电电网的充电接口以及用于连接到外部功率负载的电力输出(ePTO)接口。

此外，双向功率系统被配置为执行以下操作中的任一项：

-ePTO第一操作，其中功率从能量存储系统经由双向功率系统被传递到ePTO接口，

-ePTO第二操作，其中功率从充电接口经由双向功率系统被传递到ePTO接口，以及

-充电操作，其中功率从充电接口经由双向功率系统被传递到能量存储系统。

以这种方式，双向功率系统被布置为取决于系统的期望使用类型将电力传输系统设置为处于若干操作中。换句话说，双向功率系统被配置为，当双向功率系统处于充电操作并且充电接口连接到外部供电电网时，控制能量存储系统与外部供电电网之间的电力流动。而且，当双向功率系统处于ePTO第一操作中时，双向功率系统被布置为控制当被连接到ePTO接口时的外部功率负载与能量存储系统之间的电力。另外，当双向功率系统处于ePTO第二操作中时，双向功率系统被布置为控制当被连接到充电接口时的外部供电电网和当被连接到ePTO接口时的外部功率负载之间的电力。

为此，双向功率系统被布置为在ESS、充电接口和ePTO接口之间传输电力。因此，双向功率系统是一种被布置为在各个方向和各个接口上引导功率，同时在其使用期间保持足够水平的可靠性和安全性的系统。特别地，双向功率系统被配置为将电力从ESS引导至ePTO接口。此外，双向功率系统被配置为将电力从充电接口引导至ePTO接口。此外，双向功率系统被配置为将电力从充电接口引导至ESS。更进一步，双向功率系统被配置为将电力从ESS引导至充电接口。

因此，电力传输系统的示例实施例提供了一种多功能装置，该多功能装置具有充电接口和ePTO接口以允许ESS的充电和放电，同时向被连接到ePTO接口的外部功率负载提供电力。因此，电力传输系统可以作为车载充电器单元以及作为向ePTO接口输送功率的系统来操作。而且，示例实施例允许电力传输系统的同时操作，使得电力可以在ESS、外部电网之间传递以及传递到外部功率负载。外部功率负载可以是第三方设施，诸如主体建造设备。通过示例的方式，变得可以为ESS充电，同时外部功率负载(连接到ePTO接口)由连接到充电接口的外部供电电网直接供电。另外，有可能用来自ESS的电力来支持外部供电电网，同时ESS还可以向被连接到ePTO接口的外部功率负载提供电力。

为此，根据示例实施例的电力传输系统可以消除或至少减少在需要给车辆充电时手动连接/断开外部功率负载(例如，主体建造设备)的需求。此外，可以相信，本发明的示例实施例允许增加添加由ESS供电的第三方设备的可能性。此外，示例实施例提供了无缝功率传输。特别地，当利用外部供电电网经由ePTO接口为外部功率负载供应功率时，示例实施例提供了向ePTO的无缝功率传输。

因此，本发明的示例实施例提供了几种不同的功能，诸如在一个公共单元中对外部功率负载的充电、放电和功率供应。还相信，与具有一个用于车载充电操作的双向充电器和另一用于ePTO操作的单独系统的系统相比，这种类型的系统价格便宜，但仍具有多功能性。

电力传输系统的示例实施例对于包括部分和完全电动车辆、混合电动车辆、插入式混合电动车辆或任何其它类型的电动车辆的诸如电动车辆之类的车辆特别有用。电动车辆设置有(一个或多个)电机，并且通常设置有能量存储系统，诸如电池组系统。能量存储系统通常被配置为向电机提供功率，从而为车辆提供推进，并且还为各种类型的建筑设备和其它设备中的任何其它类型的外部电负载供应功率。通过示例的方式，示例实施例可以被安装在起重机卡车中，以允许同时使用起重机(由ESS经由ePTO接口供应功率)，同时经由充电接口从ESS向外部供应电网供应电力。换句话说，当外部功率负载是车辆的固定应用时，示例实施例提供了扩展的应用范围。

电力输出接口被配置为向外部功率负载提供电力。外部功率负载是指电力负载，并且通常是外部类型的车辆外部功率负载，诸如电气辅助件。外部电力负载的一个示例是用于为“主体建造设备”供电的所谓的“主体建造”附件。术语“主体建造设备”通常是指由车辆永久或非永久性携载的一件设备，并且可以包括垃圾压实机、货物制冷单元、翻斗车、起重机、梯子等。

双向DC/AC转换器例如是被配置为提供双向功率流的逆变器。双向DC/AC转换器既被配置为用于从电池获取功率的DC到AC转换，又被配置为用于为电池充电的AC到DC转换。可以以几种不同的配置提供双向DC/AC转换器。合适的双向DC/AC转换器的一个示例是二电平电压源逆变器。根据一个示例实施例，双向DC/AC转换器可在第一模式和第二模式下操作，在该第一模式中，功率可从ESS被传递到接合单元，在该第二模式中，功率可从接合单元被传递到ESS。

电力传输系统可以是整个车辆电气系统的一部分。通常，电力传输系统是车辆的牵引电压系统的一部分。通过示例的方式，电力传输系统可以是电气推进系统的不可缺少的部分。然而，电力传输系统同样可以是通信或连接到电气推进系统的单独的系统。通常，本文所用的术语“电气推进系统”通常是指用于提供能量(诸如牵引能量)并且用于存储能量(输送和接收能量)的车辆电气部件。换句话说，电气推进系统是指被配置为通过将电能转换为机械能来向车辆提供推进的系统，电能借助于车载能量存储系统来提供。除上述电气部件外，电气推进系统还可以包括一个或多个电机以及附加部件，诸如(一个或多个)电缆、(一台或多台)传感器、控制单元、电池管理单元等。电气推进系统特别是被配置为输送和接收能量以向车辆提供推进，但也用于执行车辆的各种车辆操作。

能量存储系统(ESS)通常是直流(DC)电力源。举例来说，能量存储系统是电池组系统(互连的电池组的系统)。但是，DC电力源可以以电池组系统或车载燃料单体系统的形式提供。要注意的是，电池组系统可以指代一个或多个电池组。另外，应当注意，电池组系统可以包括不同类型的电池。通过示例的方式，电池组系统中的任何一个电池都是锂离子电池或钠离子电池中的任何一种。钠离子电池通常包括任何类型的钠铁电池或铁氧体钠电池。因此，电池组系统通常包括一组电池组。另外，应注意，电池组通常是所谓的高压电池组。在本文中，术语“高压”是指大约400V至1000V电压的电池组。此外，本文所用的术语“功率”通常是指电力。

应当注意，双向功率系统通常被配置为允许电力传输系统执行ePTO第一操作和ePTO第二操作两者，在ePTO第一操作中，功率可从能量存储系统经由双向功率系统被传递到ePTO接口，在ePTO第二操作中，功率可从充电接口经由双向功率系统被传递到ePTO接口。另外，双向功率系统通常适于使电力传输系统在ePTO第一操作和ePTO第二操作中同时操作。根据一个示例实施例，双向功率系统被配置为允许电力传输系统以同时的方式执行ePTO第一操作和ePTO第二操作。但是，在该系统中，在双向DC/AC转换器中，电力通常一次只能在一个方向上传输。

因此，根据一个示例实施例，双向功率系统被配置为同时允许在能量存储系统和充电接口系统之间沿一个方向的功率传递以及从能量存储系统到ePTO接口的功率传递。以这种方式，电力传输系统允许对ESS进行充电或放电，同时经由ePTO接口向外部电气负载，诸如主体建造设备提供功率。

应该注意的是，电力只能经由双向DC/AC转换器在一个方向上传递。即，电力可从能量存储系统经由双向功率系统被传递到充电接口和ePTO接口中的任一个，或者可从充电接口经由双向功率被传递到能量存储系统和ePTO接口中的任一个。换句话说，通过双向功率系统的配置，当系统经由充电接口连接到外部供电电网时，可从充电接口向ePTO接口提供电力。

为此，双向功率系统被配置为同时执行ePTO第二操作和充电操作。

附加地或替代地，双向功率系统被配置为同时允许从能量存储系统到ePTO接口的功率传递以及从充电接口到ePTO接口的功率传递。根据一个示例实施例，双向功率系统被配置为同时在ePTO第一操作和ePTO第二操作中执行。

此外，双向功率系统可以被配置为将功率从能量存储系统传递到充电接口。因此，ESS用于为外部供电电网支持功率。以这种方式，双向功率系统被配置为在外部功率供应操作中操作电力传输系统，其中功率从能量存储系统经由双向功率系统传递到充电接口。例如，当电力传输系统处于外部功率供应操作中时，电力传输系统能够在外部供电电网中的峰值负载下支持外部供电电网。

附加地或替代地，电力传输系统还被配置为将功率从能量存储系统经由双向功率系统传递到另一外部功率源。通过示例的方式，接合单元包括可被连接至外部功率源的附加功率供应接口。替代地，ePTO接口可以用于系统的孤岛操作。通过这种配置，电力传输系统可以在所谓的孤岛操作，即用于孤岛操作的功率供应中操作，其中电力可从能量存储系统被传递到外部功率源，例如以建立外部微电网。换句话说，ESS可以用于向外部源提供功率。通常，尽管严格不要求，但是充电接口可以包括用于孤岛的附加连接器。

根据一个示例实施例，接合单元包括可控开关，该可控开关被配置为控制接合单元与ePTO接口之间的功率的流动。可控开关可以被布置为关断到充电接口的功率传递。因此，可控开关被布置成确保充电接口处没有电压。通常，可控开关被配置为当充电接口连接到外部供电电网时控制接合单元和充电接口之间的功率的流动。可控开关通常与控制单元通信。如下所述，在接线盒中具有可控开关的优点是，可以通过控制单元控制功率流。

另外，接合单元可以包括第一传感器，该第一传感器被配置为确定外部供电电网的电特性。另外，接合单元可以包括第二传感器，该第二传感器被配置为确定到外部功率负载的电流的流动。典型地，尽管并未严格要求，但是如上所述，接合单元包括可控开关、第一传感器和第二传感器的组合。

第一传感器允许测量外部供电电网的电特性，以便将双向DC/AC转换器调整到外部供电电网。以这种方式，变得可以允许外部供电电网向连接到ePTO接口的外部功率负载供应电力，而不中断向ePTO接口的功率传递。通过在接合单元中提供第二传感器，该第二传感器被配置为确定到外部功率负载的电流的流动，变得可以确定外部供电电网是否可以将足够水平的电流输送到被连接至ePTO接口的外部功率负载，并且确定是否有任何可用的电力用于为能量存储系统充电，即是否有任何可用的功率可从外部供电电网传递到(车载)能量存储系统。

通过示例的方式，由第一传感器确定的电特性指示来自外部供电电网的电压的幅度、频率和相位角中的任何一个。

通常，尽管并未严格要求，但双向DC/AC转换器被配置为匹配来自外部供电电网的电压的幅度、频率和相位角。以这种方式，双向DC/AC转换器可以使其操作与外部供电电网同步。此外，当将操作从ePTO操作之一改变为充电操作时，该配置提供用于维持对外部负载的恒定功率供应。换句话说，通过将双向DC/AC转换器的幅度、频率和相位角与来自外部供电电网的电压的幅度、频率和相位角进行匹配，可以确保电力传输系统可以根据需要为能量存储系统和/或ePTO接口输送有效的功率电平。

通常，电力传输系统与被布置为控制双向功率系统的操作的控制单元通信。另外，控制单元通常被布置为控制电力传输系统的其它部件，诸如充电接口和ePTO接口。附加地或替代地，控制单元通常被配置为与外部供电电网和外部功率负载通信。如下所述，电力传输系统通常可以包括控制导引，以便在部件之间提供足够水平的通信。

根据一个示例实施例，电力传输系统包括被布置为操作双向功率系统的控制单元。控制单元可以布置在接合单元内部。附加地或替代地，控制单元可以远离接合单元布置。附加地或替代地，控制单元可以是布置在车辆上的现有电子控制单元(ECU)的不可缺少的部分。

根据一个示例实施例，控制单元被配置为控制外部供电电网、双向DC/AC转换器和车辆之间的充电通信。通过示例的方式，控制单元被配置为确定外部供电电网的熔断器大小，并且将外部供电电网的熔断器大小与外部功率负载的熔断器大小进行比较。以这种方式，可以估计外部供电电网的熔断器大小是否足以为外部功率负载供电。控制单元通常被配置为与双向DC/AC转换器、接合单元(包括充电接口和ePTO接口)、外部供电电网、外部功率负载以及与ESS通信。

外部供电电网是例如静态外部电力供应，例如，电力静态AC电网供应、外部DC源。举例来说，外部供电电网是充电站。通常，在车辆静止期间，当ESS连接到外部供电电网时，便会对其进行充电和供电。当需要在车辆的静止位置为储能系统充电时，车辆通常连接到外部供电电网。

控制单元通常是电子控制单元。控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程装置。因此，控制单元包括电子电路和连接件以及处理电路，使得控制单元可以与电力传输系统的不同部分以及需要被操作以便提供示例实施例的功能的任何其它部分进行通信。根据控制单元的类型和控制单元的位置，控制单元还可以被配置为与车辆的其它部分，诸如电机，制动器，悬架，离合器，变速器和其它电气辅助装置，例如空调系统通信，以便至少部分地操作车辆。控制单元可以包括硬件或软件中的模块，或部分地包括硬件或软件中的模块，并且使用诸如CAN总线和/或无线通信能力的已知传输总线进行通信。处理电路可以是通用处理器或特定处理器。控制单元通常包括用于存储计算机程序代码和数据的非暂态存储器。因此，控制单元可以由许多不同的构造实现。

换句话说，电力传输系统的示例实施例的控制功能可以使用现有的计算机处理器来实施，或者通过用于为此目的或另一目的而结合的合适系统的专用计算机处理器来实施，或者通过硬线系统来实施。本公开的范围内的实施例包括程序产品，所述程序产品包括用于承载机器可执行指令或数据结构或将其存储于其上的机器可读介质。这样的计算机可读介质可以是可由通用或专用计算机系统或其它带有处理器的机器访问的任何可用介质。通过示例的方式，这样的机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可以用于承载或存储呈机器可执行指令或数据结构形式的所需程序代码并且可以由通用或专用计算机或其它带有处理器的机器访问的任何其它介质。当通过网络或其它通信连接(硬连线、无线或者硬连线或无线的组合)向机器传输或提供信息时，该机器适当地将该连接视为机器可读介质。因此，任何这样的连接被适当地称为机器可读介质。以上的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行特定功能或功能组的指令和数据。尽管上述电力传输系统的示例实施例可以包括作为其组成部分的控制单元，但是该控制单元也可以是车辆的独立部分，并且/或者布置成远离电力传输系统并且与电力传输系统通信。

根据一个示例实施例，如上所述，控制单元被配置为控制电力传输系统的双向功率系统以将电力传输系统设置为处于若干操作中。

通常，尽管严格不要求，但双向功率系统是电流隔离的。通过示例的方式，双向DC/AC转换器通常相对于车辆的底盘电流隔离。以这种方式，可以在双向DC/AC转换器中使用高开关频率，同时保护车辆的电气系统和外部供电电网免受干扰等。

根据一个示例实施例，接合单元包括第二可控开关，该第二可控开关被配置为控制接合单元与ePTO接口之间的功率的流动。以这种方式，可以借助于可控开关和控制单元来终止到ePTO接口的功率的流动。通过示例的方式，接合单元包括第二可控开关，该第二可控开关被配置为控制当连接到外部负载时的ePTO接口与接合单元之间的功率流。以这种方式，变得可以提供从外部供电电网到ESS的一相充电。另外，第二可控开关允许终止到ePTO接口的电流的流动，这在系统和车辆优先对ESS充电时是需要的。

通过示例的方式，充电接口通常包括连接器，诸如2型连接器、扩展的充电连接器等。

类似地，ePTO接口通常包括连接器，诸如环形端子，标准三相插座或其它通用连接器。

该连接器通常是适合于例如400VAC的可用线路电压或例如230VAC的相电压的标准连接器。线路电压可以是具有例如240伏的单相低压供应和10A熔断器，这将提供相对较长的充电时间。但是，线路电压通常是三相供应，例如带有32A或63A甚至更高电流的熔断器的三相400伏供应，这将允许更高的充电容量和更快的充电。

根据本发明的第二方面，提供了一种车辆，其包括根据如关于第一方面所述的示例实施例中的任何一个的电力传输系统。车辆可以是电动车辆、混合动力车辆或插电式混合动力车辆。因此，车辆可以是全电动车辆或部分(即，混合动力)电动车辆。车辆通常至少包括电机，其中，能量存储系统向电机提供功率以为车辆提供推进。因此，车辆通常包括牵引电压系统。另外，车辆通常包括电气推进系统。

本发明第二方面的效果和特征在很大程度上类似于以上结合第一方面描述的那些。

当电推进系统处于牵引模式时，电机被用作驱动电动车辆的动力源。然而，电机也可以用于其它目的，例如，为诸如建筑设备车辆上的液压泵之类的不同旋转设备供应功率。

根据一个示例实施例，电机是永磁同步电机、无刷直流电机、异步电机、磁化同步电机、同步磁阻电机或开关磁阻电机中的任何一种。通常，电机被配置为用于驱动至少一个地面接合构件。通常，电机被配置为用于驱动一对地面接合构件。举例来说，地面接合构件是车轮、轨道等。尽管电机通常被配置为用于驱动一对接地构件，但是也可以想到，电机可以被配置为用于驱动单个接地构件。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于控制根据上述关于第一方面的示例实施例中的任何一个的电力传输系统的方法。该方法通常包括：借助于控制单元控制双向功率系统，以将系统设置为处于以下任一操作中：ePTO第一操作，其中功率从能量存储系统经由双向功率系统被传递到ePTO接口；ePTO第二操作，其中功率从充电接口经由双向功率系统被传递到ePTO接口；以及充电操作，其中功率从充电接口经由双向功率系统被传递到能量存储系统。

本发明的第三方面的效果和特征在很大程度上类似于以上结合第一方面描述的那些。

根据本发明的第四方面，提供了一种计算机程序，其包括程序代码装置，当程序在计算机上运行时，该程序代码装置用于执行第三方面的实施例中的任何一个的步骤。

根据本发明的第五方面，提供了一种携载计算机程序的计算机可读介质，该计算机可读介质包括程序装置，当程序在计算机上运行时，该程序装置用于执行第三方面的实施例中的任何一个的步骤。

当研究所附权利要求和下面的描述时，本发明的进一步的特征和优势将变得显而易见。技术人员知道，在不脱离本发明的范围的情况下，可以合并本发明的不同特征以产生不同于下文所描述的那些的实施例。

附图说明

通过以下对本发明示例性实施例的说明性和非限制性详细描述，将更好地理解本发明的上述以及其它目的、特征和优点，其中：

图1是根据本发明的示例实施例的呈电动卡车形式的车辆的侧视图；

图2示意性地示出了根据本发明的一个示例实施例的用于车辆的车辆电力传输系统的部分；

图3示意性地示出了根据本发明的一个示例实施例的包括双向功率系统的车辆电力传输系统的部分，其中该电力传输系统被设置为以电力输出第一操作进行操作，其中电力可从能量存储系统被传递到电力输出接口，以便为呈主体建造设备形式的外部功率负载供应功率；

图4示意性地示出了根据本发明的一个示例实施例的包括双向功率系统的车辆电力传输系统的部分，其中，该电力传输系统被设置为在充电操作中操作，其中功率可从充电接口经由双向功率系统被传递到能量存储系统，并且进一步被设置为以电力输出第二操作进行操作，由此电力可从外部供电电网被传递到电力输出接口以对呈主体建造设备形式的外部功率负载供应功率；

图5示意性地示出了根据本发明的一个示例实施例的包括双向功率系统的车辆电力传输系统的部分，其中，电力传输系统被设置为在电力输出第一操作中操作，并且进一步被设置为在附加外部功率负载操作中操作，从而可将电力从能量存储系统传递到附加功率供应接口；

图6示意性地示出了根据本发明的示例实施例的车辆电力传输系统的操作步骤的流程图，其中电力传输系统被设置为从充电操作切换至电力输出第二操作，其中功率可从充电接口经由双向功率系统传递到ePTO接口，从而允许将功率传递到呈外部电气辅助设备(例如，主体建造设备)形式的外部功率负载。

参考附图，以下是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1示出了呈电动车辆形式的车辆，特别是电动卡车。电动卡车10在此包括用于向电动卡车提供推进的电气推进系统100。在该示例中，电动卡车是垃圾收集车辆(垃圾车或垃圾卡车)。电气推进系统100被布置为向一个或几个地面接合构件，诸如一对轮子102或多对轮子102和104提供功率。包括(一个或多个)电机的电气推进系统被配置为用于驱动呈车轮形式的一对地面接合构件102、104。可选地，电气推进系统包括用于将旋转运动从(一个或多个)电机传输到有时被称为驱动轴的推进轴的传输。推进轴将传输连接到一对车轮102、104。此外，尽管未示出，但(一个或多个)电机通常通过离合器被耦合到传输。除了向车辆提供推进之外，电气推进系统或系统的部分可以管理车辆的其它电子功能。此外，车辆10包括电力传输系统20。电力传输系统20在此是电气推进系统100的组成部分。电力传输系统可以被结合并安装在卡车中，如图1所示，或在任何其它类型的部分或完全电动车辆中。电力传输系统20可以类似地被连接至电气推进系统。电力传输系统20同样可以是车辆的独立部分。

如图1所描绘，电力传输系统20包括充电接口70，该充电接口70用于连接到诸如充电站的外部供电电网72。电力传输系统20可以被配置为连接到单相或三相功率供应网络。充电接口通常是400VAC接口，其被配置为从住宅电网输入功率。

在图2中示出了电力传输系统的一个示例实施例。电力传输系统20包括车载能量存储系统(ESS)30。车载能量存储系统30在这里是DC车载能量存储系统，诸如包括多个电池组(未示出)的电池组系统。通过示例的方式，电池组中的每个都是锂离子电池。此外，电池组中的每个都包括多个电池单体。例如，电池组系统可以包括七个电池组。电池组系统中的电池组数量和电池单体的数量取决于车辆类型和安装类型等变化。电池组系统被布置成向一个或多个电机(未示出)提供功率，该一个或多个电机被布置用于为电动卡车10提供推进力。

ESS 30还可以被布置成为通常被称为车辆的辅助系统的一个或多个内部辅助部件供电。辅助系统可以包括几个不同的部件。辅助部件的一个示例是空气调节系统(尽管未示出)。因此，车载能量存储系统30被连接到一个或多个辅助系统或辅助部件。电动卡车10还可以包括电池管理单元(未示出)，该电池管理单元被配置为控制和监视电池组系统。电池管理单元还可以被配置为监视电池单体特性，诸如电池单元的充电状态(SOC)和开路电压等。在该示例中，电池管理单元是车载能量存储系统的组成部分。

另外，车载能量存储系统30(例如，电池组系统)被配置为给外部功率负载82(即，需要电力来操作或执行操作的外部装置)供电。外部功率负载的一个示例是诸如起重机之类的主体建造设备。外部功率负载的另一示例是被连接到车辆的外部电气设备。在图1中，外部功率负载是垃圾收集卡车的负载主体。负载主体被安装在车辆的底盘上并且被布置成接收收集的垃圾。负载主体经由电力传输系统20被供电。

此外，电力传输系统20包括被连接至能量存储系统30的双向功率系统40。双向功率系统40包括用于功率转换的双向DC/AC转换器50。

此外，双向功率系统40包括接合单元60。接合单元被连接到双向DC/AC转换器50。换句话说，双向DC/AC转换器50被布置在接合单元60和ESS 30之间。

接合单元60包括用于连接到外部供电电网72的充电接口70。在该示例中，外部供应的功率是AC电网静态供应源，诸如商业电网400VAC。充电接口70通常包括用于将车辆连接至外部功率电网静态AC供应的连接器。通过示例的方式，充电接口包括诸如2型连接器或扩展充电连接器之类的连接器。

另外，接合单元60包括用于连接到外部功率负载82的电力输出(ePTO)接口80。ePTO接口80通常包括用于将接合单元60连接到外部功率负载82的连接器。通过示例的方式，ePTO接口包括连接器，诸如环形端子、标准三相出口或其它通用连接器。如例如在图1中所描绘的，负载主体(外部功率负载)被连接到ePTO接口并且经由电力传输系统20由ESS和/或外部供电电网供电，如下面进一步描述的。

如图2所示，接合单元60经由双向DC/AC转换器50被电连接到ESS 30。特别地，ESS30通过电连接42被连接到双向DC/AC转换器50。电连接适用于传输电力。双向DC/AC转换器既被配置为用于从电池(ESS)获取功率的DC到AC转换，又被配置为用于为电池(ESS)充电的AC到DC转换。

因此，接合单元60经由双向DC/AC转换器50将ESS 30经由充电接口70连接到外部供电电网72。此外，接合单元60经由双向DC/AC转换器50将ESS 30经由ePTO 80连接到外部功率负载82。换句话说，双向DC/AC转换器50被布置在ESS 30和接合单元60之间。如将在下面相对于例如图5进一步描述的，接合单元60还可以包括附加的接触器等。

为此，双向功率系统40的接合单元60被配置为将电力输出(ePTO)接口80和充电接口70中的每一个单独连接至车载ESS 30。特别地，在如图2所示的示例中，双向功率系统的接合单元60被配置为经由双向DC/AC转换器50将电力输出(ePTO)接口80和充电接口70中的每一个单独连接到车载ESS 30。

通过双向功率系统40的这种配置，双向功率系统被配置为将电力传输系统20设置为处于若干操作中。在该示例实施例中，操作包括充电操作130(图4)、ePTO第一操作110(图3)和ePTO第二操作120(图4)。换句话说，双向功率系统40被配置为使电力传输系统在ePTO第一操作和ePTO第二操作以及充电操作中的任何一个操作中操作，在该ePTO第一操作中，功率可从能量存储系统经由双向功率切换系统传递到ePTO接口，在该ePTO第二操作中，功率可从充电接口经由双向功率切换系统传递到ePTO接口，在充电操作中，功率可从充电接口经由双向功率切换系统传递到能量存储系统。

在图2中，箭头90、91、92、93和94指示由电力传输系统提供的多个可能的功率传递方向。相应地，当电力传输系统20处于ePTO第一操作中时，外部功率负载82经由双向功率系统40的接合单元60从车载ESS 30接收功率，该双向功率系统被配置为将电力从车载ESS30引导至ePTO接口80。即，如箭头92所示，将电力从ESS 30传递到双向DC/AC转换器50，然后如由箭头93所示，从双向DC/AC转换器50通过接合单元60传递到ePTO接口80。电力传输系统20的上述操作通常由控制单元(例如，电子控制单元)控制。

此外，当电力传输系统20处于ePTO第二操作中时，外部功率负载82经由充电接口70并且经由双向功率系统40的接合单元60从外部供电电网72接收功率，该双向功率系统也被配置为将电力从充电接口引导至ePTO接口80。即，如箭头91所示，电力通过接合单元60从充电接口70传递到ePTO 80接口。电力传输系统20的上述操作通常由控制单元控制。

此外，当电力传输系统20被设置为处于充电操作130中时，车载ESS 30由外部供电电网72充电。因此，当将电力传输系统20设置为处于充电操作130中时，如由箭头90所指示，接合单元60被配置为将供应的电力经由充电接口70和接合单元60从外部供电电网72引导至双向DC/AC转换器50并且进一步引导至车载能量存储系统30。电力传输系统20的上述操作通常由控制单元控制。

可选地，如由箭头94所指示，双向功率系统40还被配置为将功率从能量存储系统30经由双向功率系统传递到充电接口70。因此，双向功率系统40被布置为在附加外部功率供应操作中操作电力传输系统20，其中功率从能量存储系统30经由双向功率系统传递到充电接口70。以这种方式，ESS可以用于向电网72供应功率。电力传输系统20的上述操作通常由控制单元28控制。

现在再次转向双向功率系统40的配置。在图3中，示出了双向功率系统40的示例实施例，其中电力传输系统20被设置为在ePTO第一操作110中操作。在此操作中，电力可从能量存储系统30(如图2所示)被传递到电力输出接口80，以便为呈主体建造设备形式的外部功率负载82(例如，起重机(未示出))供电。在该示例中，双向功率系统40包括与接合单元60和双向DC/AC转换器50通信的电子控制单元(ECU)28。为了保持对ePTO接口的功率供应恒定，从而确保对外部功率负载82的恒定功率，例如，当控制单元将操作从ePTO第一操作110切换到充电操作130时，双向DC/AC转换器50被配置为匹配来自外部供电电网72的电压的幅度、频率和相位角。因此，控制单元通常被配置为与双向DC/AC转换器50、包括充电接口和ePTO接口的接合单元通信，以及与外部供电电网(当连接时)、外部功率负载(当连接时)通信以及与ESS 30通信。

图3中的配置是构成系统的多个部件的一个示例，并且被布置为允许控制单元28操作电力传输系统20。另外，如上所述，双向功率系统被布置为在各种操作之间切换。因此，如图3中所描绘描绘，接合单元60在此处包括可控开关62，该可控开关62被配置为控制接合单元60和ePTO接口70之间的功率流。在该示例中，可控开关62被布置为关断到充电接口的功率传递。因此，可控开关62被布置成确保在充电接口70处没有电压。通常，当充电接口连接到外部供电电网72时，可控开关被配置为控制接合单元和充电接口之间的功率流。可控开关62通常与控制单元28通信。因此，可控开关可通过控制单元28操作。

此外，接合单元60具有第一传感器64，该第一传感器64被配置为测量外部供电电网的电特性。第一传感器通常被配置为测量和确定电特性。由第一传感器确定的电特性指示来自电网的功率的幅度、频率和相位角中的任何一个。如图3所指示，来自第一传感器64的数据可传递到ECU 28。第一传感器64在此布置在充电接口70和第一可控开关62之间。

而且，如图3所描绘，接合单元60具有第二传感器68，该第二传感器68被配置为测量到外部功率负载的电流的流动。换句话说，第二传感器68被配置为测量到ePTO接口的电流的流动。第二传感器通常被配置为测量和确定电流。如图3所指示，来自第二传感器68的数据可被传递到ECU 28。

如例如在图3中所描绘的，接合单元还可以可选地包括用于双向DC/AC转换器50的连接点65。可选地，接合单元还可以包括在ePTO接口处的连接点63。

通常，接合单元60还包括第二可控开关61，该第二可控开关61被配置为控制当连接到外部负载82时的ePTO接口80和控制接合单元60之间的功率的流动。如果系统被布置为允许一相充电，则该第二可控开关61是有用的。第二可控开关61也与控制单元28通信。在该示例中，第二可控开关61被布置在第二传感器68和ePTO接口80之间。

通过如上面相对于图3所描述的系统40的配置，控制单元28可操作以将电力传输系统20设置为处于如本文所述的任何一种操作中。特别地，控制单元28被布置成控制双向功率系统的操作，以便将电力传输系统20设置为处于若干操作中。通过示例的方式，控制单元28被布置为处理(接收和传输)外部供电电网72、双向DC/AC转换器50和车辆10之间的充电通信。另外，控制单元28被布置为处理外部供电电网72、外部功率负载82、双向DC/AC转换器50、ESS和车辆10之间的功率供应通信。通过示例的方式，控制单元28还被布置为从接合单元的第一传感器和第二传感器接收数据，以确定操作条件，例如可应用于外部供电电网的电网熔断器大小。另外，控制单元28被布置为将外部供电电网的熔断器大小与用于在ePTO接口处为外部功率负载供应功率所需的电流进行比较。以这种方式，电力传输系统20能够确定外部供电电网的熔断器大小是否足以为ePTO接口处的外部功率负载供应功率。

电力传输系统的配置和控制单元的操作的示例仅仅是关于如何控制操作之间的切换的一个示例。现在转向图4和图5，描绘了接合单元中的功率的流动的一些其它细节。特别地，图4示出了何时将电力传输系统设置为在充电操作130中进行操作。在该操作130中，功率可从充电接口70经由双向功率系统传递到能量存储系统30。另外，在图4中，电力传输系统被设置为在ePTO第二操作120中操作，由此电力可从外部供电电网72传递到ePTO接口80，从而为外部功率负载82供电。如图4所描绘，分别由箭头90和91指示从充电接口70到ESS30的功率流以及从充电接口70到ePTO接口80的功率流。如以上相对于图3所描述，控制单元通常被布置为控制系统的操作以及操作之间的切换。特别地，图4示出了在两种操作中操作系统的选项，该两种操作即ePTO第二操作120和充电操作130。即，双向功率系统被配置为允许在充电接口70和能量存储系统30(对应于充电操作130)之间沿一个方向同时传输电力，并且将功率从充电接口70传递到电力输出接口80(对应于ePTO第二操作120)。为此，双向功率系统40被配置为允许电力传输系统20在ePTO第二操作120和充电操作130中同时操作。

类似地，如上面关于图2至图4所描述的，接合单元60和双向DC/AC转换器50的配置还提供了双向功率系统40被配置为允许在一个方向上在能量存储系统30和充电接口70之间同时传输电力，并且将功率从能量存储系统30传递到电力输出接口80。

类似地，如上面相对于图2至图4所描述的，接合单元60和双向DC/AC转换器50的配置还提供了双向功率系统40被配置为允许系统在ePTO操作110和ePTO第二操作120中同时操作。

图5示意性地示出了电力传输系统20的一个示例实施例，其中双向功率系统40还包括用于向附加的外部功率源或负载73供应功率的附加外部功率供应接口71。通常，双向功率系统被配置为在所谓的孤岛操作140中操作该系统，在该操作中，功率可从能量存储系统30被传递到外部功率供应接口71。以这种方式，电力传输系统20和车辆可用于支持外部功率负载并且用于建立所谓的微功率电网。在该上下文中，图5示出了包括双向功率系统的车辆电力传输系统20的部分，其中电力传输系统被设置为以ePTO第一操作进行操作，并且进一步被设置为以附加的外部功率负载操作进行操作。如由箭头93和96所示，电力可从能量存储系统30被传递到附加外部功率供应接口71以及传递到ePTO接口80。

附加外部接口通常是接合单元60的单独接口。因此，附加外部接口71包括用于连接至外部功率源73等的连接器。然而，附加外部接口71也可以是充电接口70的不可以缺少的部分。如果附加外部接口71是充电接口70的不可以缺少的部分，则接口71和充电接口共享公共连接器。还应当注意，ePTO接口70可以用于建立微功率电网。

尽管并未严格要求，但是接合单元60还可以包括第一继电器69，如图5所示。第一继电器69被布置在第一可控开关62和控制单元28之间。以这种方式，第一继电器可以响应于来自控制单元的信号而控制第一可控开关的操作。类似地，可以在第二开关61和控制单元28之间布置第二继电器(未示出)以操作第二开关。可选地，接合单元可以包括一个或多个熔断器。在图5中，在接口71处布置有第一熔断器67。该熔断器被布置为防止接合单元60中的过电流。

如上所述，图3至图5中的任何一个中所描述的操作可以被结合到如相对于图2所描述的电力传输系统20中。以这种方式，电力传输系统20被配置为通过借助于控制单元28控制接合单元60和双向DC/AC转换器的操作，在若干操作110、120、130和140之间切换。

因此，应当容易理解，电力传输系统20可以在组合的充电操作和ePTO第二操作中操作，其中功率分别经由双向DC/AC转换器50和ePTO接口70从外部供电电网被传递到ESS和ESS和外部功率负载。类似地，应当理解，电力传输系统20可以以组合的ePTO第一操作和ePTO第二操作来操作，其中功率经由双向DC/AC转换器50从ESS经由EPTO接口被传递到外部功率负载并且经由充电接口70从外部供电电网72并且经由ePTO接口80到外部功率负载82。

应当注意，如上所述，双向功率系统可以由控制单元28以几种不同的方式进行操作，以将电力传输系统设置为或切换为处于一种操作中。图6示出了当电力传输系统被设置为从ePTO第一操作110切换到ePTO第二操作120时的一个可能的步骤序列，即，从ESS提供功率(到ePTO接口)的操作切换到从外部供电电网72向ePTO接口提供功率的操作。图6示出了根据示例实施例的车辆电力传输系统20的一些操作步骤的流程图，其中，控制单元28被设置为与外部供电电网72、电力传输系统20和外部功率负载82进行通信，以便将系统设置为处于ePTO第二操作中。

如图6所示，方法200包括将充电连接插入到外部供电电网中的步骤210。随后，控制单元在步骤210中通常从充电接口70接收到充电连接器被连接到外部供电电网72的信息。当连接2型充电电缆时，则可以使用控制导频部58。如图3至图5所描绘，控制导频部58被布置成通常经由充电接口70在控制单元与外部供电电网72之间建立通信。相应地，如图6所描绘，该方法包括：步骤220，在车辆与外部供电电网72之间进行通信，在图6中将外部供电电网表示为EVSE(电动车辆供应设备)。特别地，经由充电接口在控制单元和外部供电电网72之间进行通信。控制单元确认在车辆和外部供电电网之间建立了连接。控制导引随后可以发起外部供电电网72的所谓唤醒。此外，控制驾驶员通常发信号通知可从外部供电电网72获得多少电流，即，发信号通知最大电流。另外，通过使用来自第二传感器68(例如，图3)的信息，控制单元28可以计算剩余多少电流用于充电。即，在步骤230中，该方法借助于控制单元和第二传感器68来计算可用电流。换句话说，该方法通常包括借助于第二传感器68测量ePTO负载电流的步骤232。当控制导引和车辆准备充电时，充电接口被通电，第一传感器64可以测量电压幅度、相位和频率。然后，该信息经由控制单元28被传递到双向DC/AC逆变器50。然后，双向DC/AC逆变器可以调节电压幅度、相位和频率以匹配外部供电电网电压。换句话说，双向DC/AC逆变器支持控制单元以使AC/DC同步。该过程至少部分地由图6中的步骤240指示。当该过程或序列完成时，控制单元在步骤242中传输信号以接通继电器69(图6中的继电器1)，继而接通外部供电电网72与系统20之间的触头，从而使外部供电电网72可以为ePTO外部功率负载82供应功率。因此，现在将外部供电电网72布置为供应ePTO外部功率负载，并且系统20被设置为在ePTO第二操作120中操作，在第二操作120中，功率从外部供电电网经由双向功率系统经由充电接口被传递到ePTO接口。这在图6中通过在AC/DC充电模式下初始化充电的步骤250(在此对应于ePTO第二操作)简要地描绘。

因此，系统20被布置为允许将功率传递到呈例如诸如起重机的主体建造设备或用于如图1所示的垃圾车的装置形式的外部功率负载。在系统20的该状态下，外部供电电网也可以经由接合单元60和双向DC/AC转换器为ESS 30充电。然后，如果车辆与外部供电电网断开连接，则ESS 30可以再次根据ePTO第一操作110开始供应外部功率负载。

应当理解，本发明不限于上述和附图中示出的实施例；相反，技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行改变和修改。例如，尽管已经主要相对于电动卡车描述了本发明，但是应当理解本发明同样适用于任何类型的电动车辆。

Claims (16)

1.一种用于车辆(10)的电力传输系统(20)，所述电力传输系统包括用于存储电力的能量存储系统(30)和被连接到所述能量存储系统的双向功率系统(40)，所述双向功率系统包括：

-用于功率转换的双向DC/AC转换器(50)，所述双向DC/AC转换器(50)被连接到所述能量存储系统，

-接合单元(60)，所述接合单元(60)被连接到所述双向DC/AC转换器，并且包括用于连接到外部供电电网(72)的充电接口(70)和用于连接到外部功率负载(82)的电力输出(ePTO)(80)接口，

并且其中，所述双向功率系统被配置为执行以下操作中的任何一项：

-ePTO第一操作(110)，在所述ePTO第一操作(110)中功率从所述能量存储系统经由所述双向功率系统被传递到所述ePTO接口，

-ePTO第二操作(120)，在所述ePTO第二操作(120)中功率从所述充电接口经由所述双向功率系统被传递到所述ePTO接口，以及

-充电操作(130)，在所述充电操作(130)中功率从所述充电接口经由所述双向功率系统被传递到所述能量存储系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述双向功率系统被配置为同时允许在所述能量存储系统和所述充电接口系统之间沿一个方向的功率传递以及从所述能量存储系统到所述ePTO接口的功率传递。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述双向功率系统被配置为同时执行所述ePTO第二操作和所述充电操作。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述双向功率系统被配置为同时允许从所述能量存储系统到所述ePTO接口的功率传递以及从所述充电接口到所述ePTO接口的功率传递。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述双向功率系统被配置为同时执行所述ePTO第一操作和所述ePTO第二操作。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述双向功率系统进一步被配置为使所述系统在附加的外部功率供应操作中操作，在所述附加的外部功率供应操作中功率从所述能量存储系统经由所述双向功率系统被传递到所述充电接口。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述接合单元包括：

-可控开关(62)，所述可控开关(62)被配置为控制所述接合单元和所述充电接口之间的功率的流动，

-第一传感器(64)，所述第一传感器(64)被配置为确定所述外部供电电网的电特性，以及

-第二传感器(68)，所述第二传感器(68)被配置为确定到所述外部功率负载的电流的流动。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，由所述第一传感器确定的电特性指示来自所述外部供电电网的电压的幅度、频率和相位角中的任一项。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述双向DC/AC转换器被配置为匹配来自所述外部供电电网的电压的幅度、频率和相位角。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，进一步包括控制单元(28)，所述控制单元(28)被布置成操作所述双向功率系统。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制单元进一步被配置为控制所述外部供电电网、所述双向DC/AC转换器和所述车辆之间的充电通信。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述接合单元包括第二可控开关(63)，所述第二可控开关(63)被配置为控制在被连接到所述外部负载时的所述ePTO接口与所述接合单元之间的功率的流动。

13.一种包括根据前述权利要求中的任一项所述的电力传输系统(20)的车辆(1)。

14.一种用于控制根据前述权利要求1至12中的任一项所述的电力传输系统(20)的方法(200)，其特征在于，借助于控制单元(28)来控制所述双向功率系统以将所述系统设置为处于以下任何一项操作中：ePTO第一操作(110)；ePTO第二操作(120)；以及充电操作(130)。

15.一种包括程序代码装置的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码装置用于执行权利要求14的步骤。

16.一种携载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括程序装置，当所述程序装置在计算机上运行时，所述程序装置用于执行权利要求14的步骤。

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