CN113939426B - 用于给电动车辆充电的电动车辆供电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动车辆供电设备，该电动车辆供电设备包括：充电器(2)，该充电器被配置为供应用于对电动车辆(1)进行充电的充电电流；充电连接器(4)，该充电连接器被配置用于连接至该电动车辆(1)；以及充电电缆(3)，该充电电缆一端连接至该充电器(2)而另一端连接至该充电连接器(4)，并且该充电电缆被配置用于在该充电连接器(4)与该充电器(2)之间传输该充电电流，其中该充电电缆(3)包括至少一个双绞线电缆(9)；该至少一个双绞线电缆(9)在该充电连接器(4)与该充电器(2)之间延伸；以及，该充电连接器(4)包括电力线通信设备(5)，该电力线通信设备被配置用于经由该充电连接器(4)与该电动车辆(1)通信以及经由以太网在该至少一个双绞线电缆(9)上与该充电器(2)通信。

Description

用于给电动车辆充电的电动车辆供电设备
技术领域
本发明涉及一种电动车辆供电设备，该电动车辆供电设备包括：充电器，该充电器被配置为供应用于对电动车辆进行充电的充电电流；充电连接器，该充电连接器被配置用于连接到该电动车辆；以及充电电缆，该充电电缆的一端连接至该充电器并且另一端连接至该充电器，并且该充电电缆被配置用于在该充电连接器与该充电器之间传输该充电电流。
背景技术
电动车辆供电设备EVSE(也称为电动车辆EV的充电站、再充电点、充电点(charging point)、充电点(charge point)或电子充电站ECS)是基础设施中的元件，其供应用于电动车辆再充电的电能，该电动车辆包括电动车、邻近电动车辆和插电式混合动力车辆。EVSE提供了一系列符合各种标准的重型或专用连接器。为普及快速充电和直流DC，组合充电系统CCS正在成为通用标准。其他连接器和充电标准分别为CHAdeMO和2型连接器。
通常，对EVSE的需求日益增长，并且各种使用情况变得越来越复杂。尽管EVSE最初被设计并且对应地用于对电动车辆(诸如汽车)进行充电，但现在的焦点变得更加广泛。最近，卡车、公共汽车、轮船、火车和/或飞机正在请求充电。利用当今的EVSE，来自提供充电电流的EVSE的充电器和利用充电电流充电的电动车辆的通信是按照电力线通信标准进行的。通过这种电力线通信(power-line communication,PLC)，标准信号被调制到集成在连接充电器和电动车辆的充电电缆中的导体上。目前的PLCS标准将充电电缆长度限制为10米，以避免不同充电器之间或充电器中多个插座之间的电磁干扰(electromagneticinterference,EMI)问题、串扰。因此，充电电缆变得至关重要并称为相应的瓶颈，建立与卡车、公共汽车、轮船、火车和/或飞机的充电会话通常需要10米或更多米的充电电缆长度。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种电动车辆供电设备，该电动车辆供电设备允许操作具有大于10米的长度的充电电缆，由此该电动车辆供电设备与电动车辆之间的通信不会由于不同充电器之间或充电器中的多个插座之间的电磁干扰EMI问题和/或串扰而恶化。
本发明的目的通过独立权利要求的特征来解决。优选实施例在从属权利要求中详述。
因此，该目的通过一种电动车辆供电设备来解决，该电动车辆供电设备包括：
充电器，该充电器被配置为供应用于对电动车辆进行充电的充电电流，
充电连接器，该充电连接器被配置用于连接至该电动车辆，以及
充电电缆，该充电电缆一端连接至该充电器并且另一端连接至该充电连接器并且被配置用于在该充电连接器与该充电器之间传输该充电电流，其中
该充电电缆包括至少一个双绞线电缆，该至少一个双绞线电缆在该充电连接器与该充电器之间延伸，以及
该充电连接器包括电力线通信设备，该电力线通信设备被配置为经由该充电连接器与该电动车辆通信以及通过该至少一个双绞线电缆上经由以太网与该充电器通信。
因此，本发明的关键点在于，将电力线通信PLC设备设置在充电连接器处，优选地设置在充电连接器中或充电连接器内。这样，可以在充电连接器与电动车辆之间建立PLC通信，例如经由连接到电动车辆的充电连接器的控制引导导体。与现有技术EVSE的通用充电电缆的长度(例如2至10米)相比，充电连接器与电动车辆之间的距离短于充电器与电动车辆之间的距离。因此，在任何情况下，充电连接器与电动车辆之间的距离都不超过10米(其作为例如由电力线通信的DINSPEC 70121和/或ISO/IEC 15118标准所定义的最大距离)。与现有技术不同，PLC不再被用于充电连接器和充电器之间的通信。相反，充电连接器和充电器之间的通信将通过双绞线由以太网来实现。由于许多充电电缆已经设置有附加的且至今未使用的电线，所以通过使用这些至今未使用的电线(可能具有一些较小的修改)来用于充电连接器和充电器之间的以太网通信，可以容易地利用现有的充电电缆来实施所提出的解决方案。
所提出的电动车辆供电设备EVSE的这种方式，使得具有远大于10米的长度的充电电缆能够被用于充电，而没有充电器与电动车辆之间的通信因不同充电器之间或充电器中的多个插座之间的电磁干扰EMI(对应地，电磁兼容性(electromagnetic compatibility,EMC)问题和/或串扰而恶化的风险。充电应用(诸如充电卡车、公共汽车、轮船、火车和/或飞机)可以容易地使用所提出的解决方案来实现。以太网被称为稳健的并且适合于较长距离，并且因此保证充电连接器和充电器之间的可靠通信。此外，保护充电连接器免受EMI和EMC噪声比保护充电电缆容易得多，从而导致更便宜的实施方式。除此之外，当在充电连接器中发生耦合时，充电连接器与电动车辆之间的PLC距离是恒定的并且与充电电缆长度无关。因此，制造变得更简单，因为制造商仅需要对充电连接器类型进行一次校准，而不管所应用的电缆长度如何。
换言之，在现有技术的装置中，设置在充电电缆中并且用于电动车辆与充电器之间的通信的控制引导线，可能拾取影响充电电缆和/或充电器的、取决于路由的EMI所对应的EMC噪声。因此，在充电器中具有不同路由的相同充电电缆可以导致不同的信号质量。此外，目前的PLC标准将充电电缆长度限制在10米，以保证足够和可靠的信号质量。通过所提出的解决方案，将PLC设备对应地布置在充电器外侧和充电连接器内，消除了由于较长和不同路由的PLC所对应的控制引导线收集EMI所对应的EMC噪声的问题。作为积极的副作用，可能的充电电缆长度延伸超过10米，例如达到100米。因此，通过基本上将PLC设备插入到充电连接器中，即使在不同的充电器设计中使用充电电缆，充电电缆长度也不会影响PLC信号质量。
双绞线电缆是一种为了提高电磁兼容性而将单个电路的两个导体绞合在一起的布线。与单个导体或未扭绞的平衡对相比，双绞线减少了来自对的电磁辐射以及相邻对之间的串扰，并且改善了对外部电磁干扰的抑制。对于本申请，术语双绞线应当被广义地解释，使得电线不必在其整个长度上被绞合或者根本不需要被绞合。电力线通信设备优选地根据DIN 70121和/或ISO/IEC 15118标准来提供。对于DC充电，DIN 70121支持高达80kW的充电功率，而对于较高功率，通信ISO/IEC 15118是优选的。优选地，PLC设备被提供为所谓的绿色PHY调制解调器。
根据优选实施方式，电力线通信设备被布置在充电连接器内和/或，充电连接器包括外壳，电力线通信设备被布置在该外壳内。优选地，PLC设备是完全集成的和/或由充电连接器封装。PLC设备优选地被连接到充电电缆和/或充电连接器的控制引导导体和保护接地导体，用于将PLC信号调制到控制引导导体上。充电电缆可以包括用于向PLC设备提供电能的附加导体。
在另一优选实施方式中，该充电电缆包括在其一端与其另一端之间的>10米、≥15米、≥30米、≥40米或≥100米的长度。利用这种充电电缆长度，卡车、公共汽车、轮船、火车和/或飞机可以用电能充电，同时卡车、公共汽车、轮船、火车和/或飞机与充电器之间的PLC通信不会受到EMI所对应的EMC噪声的负面影响。
根据另一优选实施方式，充电连接器包括低通滤波器，该低通滤波器被配置用于滤除充电连接器与充电电缆之间的电力线通信信号。该低通滤波器优选地被设置在该充电连接器内和/或完全被该充电连接器的外壳和/或壳体包围。备选地或附加地，低通滤波器可以与PLC设备集成在一起。低通滤波器优选地连接到充电连接器和/或充电电缆的控制引导导体和保护接地导体。充电连接器中的低通滤波控制引导信号允许阻断通常离开充电连接器朝向充电电缆和充电器的高水平通信PLC信号，并且结果上仅允许低水平通信到达充电器的协议接口，从而例如针对充电器和电动车辆之间的串扰实现更好的EMC所对应的EMI性能。这种方式阻断了PLC信号进入充电电缆和/或充电器。
在另一优选实施方式中，电力线通信设备被提供为以太网供电(Power-over-Ethernet,PoE)设备。这种实施方式是特别有利的，因用于为电力线通信设备提供电能的其他必要导体可以省略，因为所述电能是经由以太网供电提供的。并行地，充电器优选地被配置为经由双绞线电缆上的以太网提供以太网供电。优选地，按照IEEE 802.3或其任一后续标准来提供电力线通信设备。
根据另一优选实现，电力线通信设备被配置为根据1000BASE-T1或100BASE-T1标准与充电器通信。1000BASE-T1，优选地为802.3bp-2016标准，允许在最大40米充电电缆长度的距离上通过单对双绞线电缆传输1000Mbps。100BASE-T1，优选地为802.3bw-2015(CL96)标准，允许在最大15米充电电缆长度的距离上通过单对双绞线电缆传输100Mbps。这两种标准都被指定用于自动车辆、IoT或M2M应用，例如对电动车辆充电。根据802.3cg-2019标准，仅需要单个双绞线电缆的计划标准是10BASE-T1S和10BASE-T1L，分别允许在15米和1000米的最大距离上的10Mbps。除此之外，其它标准也可用于双绞线上的以太网，其需要四个双绞线中的两个，例如100BASE-TX，1000BASE-T1，2.5GBASE-T，5GBASE-T或10GBASE-T，其对应的最大充电电缆长度分别为15米至100米。
在另一优选实施方式中，充电连接器包括屏蔽件，该屏蔽件被配置用于保护电力线通信设备免受电磁兼容性EMC噪声影响。屏蔽件可以包括金属和用于屏蔽EMC所对应的EMI噪声的任何其它合适材料。
根据另一优选实施方式，充电电缆包括一个、两个或四个双绞线电缆。如前所述，可以使用单个双绞线电缆1000BASE-T1或100BASE-T1标准。100BASE-TX需要两个双绞线电缆，而1000BASE-T1、2.5GBASE-T、5GBASE-T和10GBASE-T各自需要四个双绞线电缆，而后者标准分别允许2.500Mbps，5.000Mbps和10.000Mbps的数据传输速率。
在另一优选实施方式中，充电器包括供电设备通信控制器SECC，该供电设备通信控制器SECC被连接到至少一个双绞线电缆和EVSE局域网LAN和/或因特网。供电设备通信控制器优选地按照ISO 15118标准，具体而言是按照ISO 15118-3来提供。ISO 15118标准定义了电动车辆与电动车辆供电设备的通信，具体而言，规定了在AC和DC两者模式下控制充电的高水平消息以及相应的要求。
根据另一优选实施方式，充电电缆包括：控制引导导体CP，该控制引导导体CP在充电连接器和充电器之间延伸并且被配置用于提交控制引导信号；保护接地导体PE，该保护接地导体PE在充电连接器和充电器之间延伸；正直流导体DC+，该正直流导体DC+在充电连接器和充电器之间延伸；和/或，负直流导体DC－，该负直流导体DC－在充电连接器和充电器之间延伸。当充电电流增加时，充电电缆可以是液体冷却的，因为高功率充电需要DC+和DC－导体，其可以在1000V或甚至更高的电压下承载500A电流。液体冷却允许充电电缆内的DC+和DC－导体变得更细，并且由此更易于使用，因为由于高充电电流和充电电缆内阻而引起的过多热量被处理。充电电缆还可以包括邻近引导导体PP，用于提交邻近引导信号。控制引导信号和/或邻近引导信号优选地根据SAE J1772和/或IEC 61851标准来发信号。
在另一优选实施方式中，根据组合充电系统(Combined Charging System,CCS)标准提供至少充电连接器。电动车辆直流快速充电系统和方法通常使用根据IEC 61851－23和SAE J1772标准的所谓的组合充电系统CCS协议，以在美国和欧盟(EU)对电动车辆充电。组合充电系统CCS协议是一种快速充电方法，用于通过源自SAE J1772标准(IEC 1型)或IEC2型连接器的充电连接器对输送高压直流的电动车辆进行充电。支持CCS的汽车制造商包括Jaguar、Volkswagen、General Motors、BMW、Daimler、Ford、FCA、Tesla和Hyundai。CSS标准由所谓的CharIN联盟控制。除了其他协议之外，诸如例如CHAdeMO(作为CHArgedeMove的缩写)、或GB/T(具体而言根据20234.3-2011标准)可以与所提出的解决方案结合使用。根据另一优选实施方式，至少一个双绞线电缆被集成在充电电缆内。
附图说明
参考下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见。
在附图中：
图1以示意图示出了从现有技术中获知的用于对电动车辆进行充电的电动车辆供电设备；以及
图2以示意图示出了根据本发明优选实施例的用于对电动车辆充电的电动车辆供电设备。
具体实施方式
图1示出了从现有技术中获知的用于对电动车辆1充电的电动车辆供电设备。该电动车辆供电设备包括被配置用于供应充电电流的充电器2。充电器2经由变压器和转换器被连接到AC电网。充电电缆3的一端被连接到充电器2，另一端被连接到充电连接器4，充电连接器4被插入到电动车辆1的对应充电插座中，用于用电能对电动车辆充电。
如图1中的充电电缆3的截面视图所示以及由不同电线所指示的，充电电缆3包括正直流导体DC+和负直流导体DC－，各导体在充电连接器4和充电器2之间延伸，用于提供充电电流。充电电缆3还包括保护接地导体PE、控制引导导体CP以及用于提交传感器信号PP的另外的电线。
充电器2包括电力线通信设备5，其被连接到控制引导导体CP以及保护接地导体PE。被连接到电力线通信设备5的是控制引导导体CP侧上的低通滤波器6，用于处理低水平信号。这样，控制引导导体CP或仅一个控制引导导体CP，和保护接地导体PE通过将调制的载波信号对应地添加到控制引导导体CP的布线而形成电动车辆1和充电器2之间的传输线。电力线通信设备5还通过以太网端口连接到以太网交换机/路由器7，以太网交换机/路由器7经由供电设备通信控制器8被连接到EVSE局域网、LAN和/或因特网。电力线通信设备5、低通滤波器6、以太网交换机/路由器7和供电设备通信控制器8被设置在充电器2的外壳内，从而提供与电动车辆1的通信。低通滤波器6对源自控制引导导体CP的EMC噪声进行滤波。
图2示出了根据本发明的优选实施例的用于对电动车辆1充电的电动车辆供电设备。与图1所示的实施例相反，电力线通信设备5和低通滤波器6被设置在充电连接器4内，即设置在充电连接器4的外壳内，并因此对应地由外壳封装。
除了前面关于图1描述的导线之外，充电电缆3还包括至少一个双绞线电缆9，其在电力线通信设备5和以太网交换机/路由器7之间延伸，该电力线通信设备5设置在充电连接器内，以太网交换机/路由器7设置在充电器2内。这样，充电连接器4与电力线通信设备5和充电器2之间的对应的通信经由双绞线上的以太网来执行，同时充电连接器4与电力线通信设备5和电动车辆1之间的对应的通信经由电力线通信来执行。由此，取决于期望充电功率，按照DIN70121和/或ISO/IEC 15118标准来提供电力线通信设备5。
虽然单个双绞线电缆9足以根据1000BASE-T1或100BASE-T1标准进行通信，但是充电电缆3可以包括两个或四个双绞线电缆9，从而使得能够例如根据100BASE-TX，1000BASE-T或10GBASE-T标准进行以太网双绞线通信。通过分别在充电连接器4、电力线通信设备5和充电器2之间提供至少一个双绞线电缆9，充电电缆的长度可以大于10米，例如在1000BASE-T1的情况下高达40米，而不会由于电磁兼容性EMC噪声所对应的噪声(其源自电磁干扰EMI)而损害充电连接器4与充电器2之间的通信质量和可靠性。
充电连接器4、充电电缆3和充电器2分别根据组合充电系统CCS提供，即根据IEC61851-23的快速充电标准(例如根据CCS1.0、CCS2.0或CCS3.0，一旦可用)。电力线通信设备5被提供为以太网供电设备，由此以太网交换机/路由器7经由至少一个双绞线电缆9向电力线通信设备5提供对应的电力。为了屏蔽充电连接器4免受电磁兼容性EMC噪声，充电连接器4设置有对应的屏蔽件，例如金属壳体。
虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。
附图标记列表
1 电动车辆
2 充电器
3 充电电缆
4 充电连接器
5 电力线通信设备
6 低通滤波器
7 以太网交换机/路由器
8 供电设备通信控制器
9 双绞线电缆
CP 控制引导导管
PE 保护接地导体
DC +正直流导体
DC －负直流导体。

Claims (12)

1.一种电动车辆供电设备，包括：
充电器(2)，被配置用于提供用于对电动车辆(1)充电的充电电流，
充电连接器(4)，被配置用于连接至所述电动车辆(1)并且包括以太网交换机/路由(7)，以及
充电电缆(3)，利用一端连接到所述充电器(2)并且利用另一端连接到所述充电连接器(4)，并且被配置用于在所述充电连接器(4)与所述充电器(2)之间传输所述充电电流，其中
所述充电电缆(3)包括至少一个双绞线电缆(9)，所述至少一个双绞线电缆在所述充电连接器(4)与所述充电器(2)之间延伸，以及
所述充电连接器(4)包括电力线通信设备(5)，所述电力线通信设备被配置用于经由电力线通信与所述电动车辆(1)通信并且被配置用于经由至少一个双绞线电缆(9)与所述充电器(2)通信，所述至少一个双绞线电缆(9)在所述电力线通信设备(5)与所述以太网交换机/路由(7)之间延伸。
2.根据前一权利要求所述的电动车辆供电设备，其中所述电力线通信设备(5)被布置在所述充电连接器(4)内，和/或其中所述充电连接器(4)包括外壳，并且所述电力线通信设备(5)被布置在所述外壳内。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电动车辆供电设备，其中所述充电电缆(3)包括在所述充电电缆的一端与另一端之间的>10m、≥15m、≥30m、≥40m或≥100m的长度。
4.根据权利要求1或2所述的电动车辆供电设备，其中所述充电连接器(4)包括低通滤波器(6)，所述低通滤波器被配置用于滤除所述充电连接器(4)与所述充电电缆(3)之间的电力线通信信号。
5.根据权利要求1或2所述的电动车辆供电设备，其中所述电力线通信设备(5)被设置为以太网供电装置。
6.根据权利要求1或2所述的电动车辆供电设备，其中所述电力线通信设备(5)被配置用于根据1000BASE-T1或100BASE-T1标准与所述充电器(2)通信。
7.根据权利要求1或2所述的电动车辆供电设备，其中所述充电连接器(4)包括屏蔽件，所述屏蔽件被配置用于保护所述电力线通信设备(5)免受电磁兼容性EMC噪声的影响。
8.根据权利要求1或2所述的电动车辆供电设备，其中所述充电电缆(3)包括一个、两个或四个双绞线电缆(9)。
9.根据权利要求1或2所述的电动车辆供电设备，其中所述充电器(2)包括：供电设备通信控制器SECC(8)，所述供电设备通信控制器SECC被连接至所述至少一个双绞线电缆(9)和EVSE局域网。
10.根据权利要求1或2所述的电动车辆供电设备，其中所述充电电缆(3)包括：控制引导导体(CP)，在所述充电连接器(4)与所述充电器(2)之间延伸并且被配置用于提交控制引导信号；保护接地导体(PE)，在所述充电连接器(4)与所述充电器(2)之间延伸；正直流导体(DC+)，在所述充电连接器(4)与所述充电器(2)之间延伸；和/或负直流导体(DC－)，在所述充电连接器(4)与所述充电器(2)之间延伸。
11.根据权利要求1或2所述的电动车辆供电设备，其中至少所述充电连接器(4)根据组合充电系统CCS标准来提供。
12.根据权利要求1或2所述的电动车辆供电设备，其中所述至少一个双绞线电缆(9)被集成在所述充电电缆(3)内。
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