DE102023004303A1

DE102023004303A1 - Charging system for bidirectional electrical energy transfer in electric vehicles

Info

Publication number: DE102023004303A1
Application number: DE102023004303.6A
Authority: DE
Inventors: Chandra Shekar Jayaram; Akshita Bajaj; Anilkumar Davu
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-11-03
Filing date: 2023-10-26
Publication date: 2024-05-08

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt ein Ladesystem (100) für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereit. Das Ladesystem umfasst einen Wechselrichter (150) mit erstem und zweitem Schalter (S1, S2) und einen ersten Steckverbinder (C1); einen Fahrzeugeinlass (102) mit drittem und viertem Schalter (S3, S4); und einen Motor (120), der so konfiguriert ist, dass er selektiv elektrisch mit dem Wechselrichter gekoppelt ist. Der erste Schalter ist selektiv mit einer beliebigen einer ersten Ausgangsleitung (122) und einer ersten bidirektionalen Ausgangsleitung (132) gekoppelt, der zweite Schalter ist selektiv mit einer beliebigen einer zweiten Ausgangsleitung (124) und einer zweiten bidirektionalen Ausgangsleitung (134) gekoppelt, der dritte Schalter ist selektiv mit einer beliebigen einer ersten Eingangsleitung (136) und der ersten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt, Der vierte Schalter ist wahlweise mit einem beliebigen einer neutralen Leitung (138) und der zweiten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt.

The present disclosure provides a charging system (100) for bidirectional electrical power transfer in an electric vehicle. The charging system includes an inverter (150) having first and second switches (S1, S2) and a first connector (C1); a vehicle inlet (102) having third and fourth switches (S3, S4); and a motor (120) configured to be selectively electrically coupled to the inverter. The first switch is selectively coupled to any of a first output line (122) and a first bidirectional output line (132), the second switch is selectively coupled to any of a second output line (124) and a second bidirectional output line (134), the third switch is selectively coupled to any of a first input line (136) and the first bidirectional output line, the fourth switch is selectively coupled to any of a neutral line (138) and the second bidirectional output line.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezog sich im Allgemeinen auf ein Ladesystem für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen verbesserten Wechselrichter für ein Ladesystem für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug.The present disclosure generally relates to a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle. More particularly, the present disclosure relates to an improved inverter for a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle.

Die Hintergrundbeschreibung enthält Informationen, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich sein können. Es ist kein Eingeständnis, dass irgendeine der hierin bereitgestellten Informationen Stand der Technik oder relevant für die vorliegende beanspruchte Erfindung ist, oder dass jede Veröffentlichung, auf die ausdrücklich oder implizit Bezug genommen wird, Stand der Technik ist.The background description contains information that may be useful in understanding the present invention. It is not an admission that any of the information provided herein is prior art or relevant to the present claimed invention, or that any publication expressly or implicitly referred to is prior art.

Elektrofahrzeuge (EVs) werden von einem elektrischen Antriebsstrang angetrieben, der die Räder des Elektrofahrzeugs antreibt und so die Bewegung des Elektrofahrzeugs bewirkt. Der elektrische Antriebsstrang besteht in der Regel aus einem Motor, der mit einer Getriebeeinheit gekoppelt ist. Der Motor erzeugt Strom, und das Getriebe überträgt die erzeugte Kraft auf die Räder. Elektrofahrzeuge sind ferner mit einer Vielzahl von Batteriebänken ausgestattet, um den Motor mit Strom zu versorgen und verschiedene Komponenten des Fahrzeugs mit Strom zu versorgen. Mit anderen Worten, ein ordnungsgemäßes Funktionieren des Elektrofahrzeugs hängt von einer optimalen Funktion der Batteriemodule des Elektrofahrzeugs ab. Die Batteriemodule müssen in der Regel in regelmäßigen Abständen geladen werden, damit sie das Fahrzeug weiterhin mit Strom versorgen.Electric vehicles (EVs) are powered by an electric drivetrain that drives the wheels of the electric vehicle, thereby causing the electric vehicle to move. The electric drivetrain typically consists of a motor coupled to a transmission unit. The motor generates power, and the transmission transmits the generated power to the wheels. Electric vehicles are further equipped with a variety of battery banks to power the motor and supply power to various components of the vehicle. In other words, proper functioning of the electric vehicle depends on optimal functioning of the electric vehicle's battery modules. The battery modules usually need to be charged at regular intervals so that they continue to power the vehicle.

Die Batteriebänke speichern elektrische Energie in der Regel in Form von Gleichstrom (DC). Der Motor und die verschiedenen Komponenten des Elektrofahrzeugs werden jedoch mit elektrischem Wechselstrom (AC) betrieben. Insbesondere verwendet der Motor typischerweise eine dreiphasige elektrische Wechselstromleistung, und die verschiedenen Komponenten können eine einphasige elektrische Wechselstromleistung verwenden. Um diese variable dreiphasige oder einphasige Wechselstromleistung bereitzustellen, ist das Elektrofahrzeug mit einem bidirektionalen Wandler ausgestattet. Das Vorhandensein eines bidirektionalen Wandlers in einem Ladesystem eines Elektrofahrzeugs erhöht jedoch das Gewicht des Ladesystems. Ferner kann das Vorhandensein eines bidirektionalen Wandlers die elektrischen Verluste im Ladesystem aufgrund des Vorhandenseins zusätzlicher und komplexer elektrischer Schaltkreise und Komponenten erhöhen.The battery banks typically store electrical energy in the form of direct current (DC). However, the motor and the various components of the electric vehicle are powered by alternating current (AC) electrical power. In particular, the motor typically uses three-phase AC electrical power, and the various components may use single-phase AC electrical power. To provide this variable three-phase or single-phase AC power, the electric vehicle is equipped with a bidirectional converter. However, the presence of a bidirectional converter in an electric vehicle charging system increases the weight of the charging system. Further, the presence of a bidirectional converter may increase electrical losses in the charging system due to the presence of additional and complex electrical circuits and components.

Das Patentdokument US20140225433 sieht ein Elektrofahrzeug vor, das als mobiles Stromversorgungsgerät dient. Das Elektrofahrzeug umfasst: eine Stromversorgungsspule, die von einer wetterfesten Abdeckung abgedeckt ist und zusammen mit einer externen Stromempfangsspule einen elektromagnetischen Kopplungskreis bildet; und eine Energieversorgungsschaltung, die in einer Speicherzelle gespeicherte Energie drahtlos nach außen über die elektromagnetische Kopplungsschaltung liefert, die durch die Energieversorgungsspule und die externe Energieempfangsspule gebildet wird.The patent document US20140225433 provides an electric vehicle serving as a mobile power supply device. The electric vehicle includes: a power supply coil covered by a weatherproof cover and forming an electromagnetic coupling circuit together with an external power receiving coil; and a power supply circuit that wirelessly supplies power stored in a storage cell to the outside via the electromagnetic coupling circuit formed by the power supply coil and the external power receiving coil.

Die angeführten Patentdokumente bieten jedoch keine adäquate Lösung für das Problem, das sich aus dem Vorhandensein eines bidirektionalen Wandlers im Ladesystem des Elektrofahrzeugs ergibt.However, the cited patent documents do not provide an adequate solution to the problem arising from the presence of a bidirectional converter in the charging system of the electric vehicle.

Es besteht daher im Stand der Technik die Anforderung an ein Mittel, um ein Ladesystem für ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, das leichter ist und einen höheren Wirkungsgrad aufweist.There is therefore a need in the art for a means of providing a charging system for an electric vehicle that is lighter and more efficient.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Wechselrichter für ein Ladesystem zur bidirektionalen elektrischen Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wechselrichter für ein Ladesystem zur bidirektionalen elektrischen Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereitzustellen, das effizienter ist.An object of the present invention is to provide an improved inverter for a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle.
Another object of the present invention is to provide an inverter for a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle that is more efficient.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wechselrichter für ein Ladesystem zur bidirektionalen elektrischen Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereitzustellen, das besser genutzt wird.Another object of the present invention is to provide an inverter for a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle that is better utilized.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Ladesystem für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereitzustellen, das eine Belastung des Elektrofahrzeugs nicht erhöht.Another object of the present invention is to provide a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle that does not increase the load on the electric vehicle.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Ladesystem für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereitzustellen, das einfach und kostengünstig implementiert werden kann.Another object of the present invention is to provide a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle that can be implemented easily and inexpensively.

Die vorliegende Offenbarung bezog sich im Allgemeinen auf ein Ladesystem für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen verbesserten Wechselrichter für ein Ladesystem für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug.The present disclosure generally relates to a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle. More particularly, the present disclosure relates to an improved inverter for a charging system for bidirectional nal electrical energy transfer in an electric vehicle.

In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Ladesystem für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereit. Das Ladesystem umfasst einen Wechselrichter mit erstem und zweitem Schalter und einen ersten Stecker. Das Ladesystem umfasst außerdem einen Fahrzeugeinlass mit drittem und viertem Schalter. Das Ladesystem umfasst ferner einen Motor, der so konfiguriert ist, dass er selektiv elektrisch mit dem Wechselrichter gekoppelt ist, wobei der Motor die erste, zweite und dritte Ausgangsleitung umfasst, die der ersten, zweiten und dritten Phase des Motors entsprechen. Der erste Schalter ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit einer der ersten Ausgangsleitungen und einer ersten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der zweite Schalter ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit einer der beiden Ausgangsleitungen und einer zweiten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der dritte Schalter ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit einer ersten Eingangsleitung und der ersten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der vierte Schalter ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit einer beliebigen Neutralleiterleitung und der zweiten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der erste Steckverbinder ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit der dritten Ausgangsleitung gekoppelt ist.In a first aspect, the present disclosure provides a charging system for bidirectional electrical power transfer in an electric vehicle. The charging system includes an inverter having first and second switches and a first plug. The charging system also includes a vehicle inlet having third and fourth switches. The charging system further includes a motor configured to be selectively electrically coupled to the inverter, the motor including the first, second, and third output lines corresponding to the first, second, and third phases of the motor. The first switch is configured to be selectively electrically coupled to one of the first output lines and a first bidirectional output line. The second switch is configured to be selectively electrically coupled to one of the two output lines and a second bidirectional output line. The third switch is configured to be selectively electrically coupled to a first input line and the first bidirectional output line. The fourth switch is configured to be selectively electrically coupled to any neutral line and the second bidirectional output line. The first connector is configured to be selectively electrically coupled to the third output line.

In einigen Ausführungsformen ist der erste Schalter so konfiguriert, dass er elektrisch mit der ersten Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der zweite Schalter ist so konfiguriert, dass er elektrisch mit der zweiten Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der dritte Schalter ist so konfiguriert, dass er elektrisch mit der ersten Eingangsleitung gekoppelt ist. Der vierte Schalter ist so konfiguriert, dass er elektrisch mit der zweiten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der erste Steckverbinder ist so konfiguriert, dass er elektrisch mit der dritten Ausgangsleitung gekoppelt ist.In some embodiments, the first switch is configured to be electrically coupled to the first output line. The second switch is configured to be electrically coupled to the second output line. The third switch is configured to be electrically coupled to the first input line. The fourth switch is configured to be electrically coupled to the second bidirectional output line. The first connector is configured to be electrically coupled to the third output line.

In einigen Ausführungsformen ist der Motor konfiguriert, der elektrische Wechselstromenergie von dem Wechselrichter für den Betrieb des Motors empfängt.In some embodiments, the motor is configured to receive AC electrical energy from the inverter for operation of the motor.

In einigen Ausführungsformen ist der erste Schalter so konfiguriert, dass er elektrisch mit der ersten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der zweite Schalter ist so konfiguriert, dass er elektrisch mit der zweiten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der dritte Schalter ist so konfiguriert, dass er elektrisch mit der ersten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der vierte Schalter ist so konfiguriert, dass er elektrisch mit der Neutralleiterleitung gekoppelt ist. Der erste Steckverbinder ist so konfiguriert, dass er elektrisch von der dritten Ausgangsleitung entkoppelt ist.In some embodiments, the first switch is configured to be electrically coupled to the first bidirectional output line. The second switch is configured to be electrically coupled to the second bidirectional output line. The third switch is configured to be electrically coupled to the first bidirectional output line. The fourth switch is configured to be electrically coupled to the neutral line. The first connector is configured to be electrically decoupled from the third output line.

In einigen Ausführungsformen ist der Fahrzeugeinlass konfiguriert, um eine einphasige elektrische Wechselstromleistung von dem Wechselrichter zu empfangen. Der Fahrzeugeinlass ist so konfiguriert, dass er den einphasigen Wechselstrom für die Nutzung durch externe Verbraucher außerhalb des Elektrofahrzeugs liefert.In some embodiments, the vehicle inlet is configured to receive single-phase AC electrical power from the inverter. The vehicle inlet is configured to supply the single-phase AC power for use by external loads outside of the electric vehicle.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Ladesystem ferner einen Laderegler. Der Laderegler ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit dem Fahrzeugeinlass über die erste Eingangsleitung und die Neutralleiterleitung gekoppelt ist. Der Laderegler ist so konfiguriert, dass er eine elektrische Leistung regelt, die in den Fahrzeugeinlass fließt.In some embodiments, the charging system further comprises a charge controller. The charge controller is configured to be selectively electrically coupled to the vehicle inlet via the first input line and the neutral line. The charge controller is configured to regulate electrical power flowing into the vehicle inlet.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Ladesystem ferner eine Stromversorgungseinrichtung für Elektrofahrzeuge. Die Wallbox ist so konfiguriert, dass sie eine elektrische Leistung regelt, die durch das Ladesystem fließt.In some embodiments, the charging system further comprises an electric vehicle power supply device. The wallbox is configured to regulate electrical power flowing through the charging system.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Ladesystem ferner ein Batteriemanagementsystem. Das BMS ist so konfiguriert, dass es den Zustand eines Batteriepacks des Elektrofahrzeugs überwacht.In some embodiments, the charging system further comprises a battery management system. The BMS is configured to monitor the condition of a battery pack of the electric vehicle.

In einigen Ausführungsformen ist das BMS konfiguriert, um den ersten, zweiten, dritten und vierten Schalter und den ersten Steckverbinder zu betreiben.In some embodiments, the BMS is configured to operate the first, second, third, and fourth switches and the first connector.

In einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Elektrofahrzeug bereit, das das Ladesystem des ersten Aspekts enthält.In a second aspect, the present disclosure provides an electric vehicle including the charging system of the first aspect.

Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des erfindungsgemäßen Gegenstands werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungsfiguren, in denen gleiche Ziffern gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.Various objects, features, aspects and advantages of the inventive subject matter will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawing figures in which like numerals represent like components.

Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln, und sind in diese Beschreibung aufgenommen und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.

1 veranschaulicht eine schematische Schaltungsdarstellung eines Ladesystems für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug (EV) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the present disclosure and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate exemplary embodiments of the present disclosure and, together with the description, serve to explain the principles of the present disclosure.

1 illustrates a schematic circuit diagram of a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle (EV) according to an embodiment of the present disclosure.

im Folgenden finden Sie eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Offenbarung, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die Ausführungsformen sind so detailliert, dass sie die Offenbarung klar kommunizieren. Der angebotene Detaillierungsgrad ist jedoch nicht dazu gedacht, die erwarteten Variationen von Ausführungsformen einzuschränken; Im Gegenteil, es besteht die Absicht, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.Following is a detailed description of embodiments of the disclosure illustrated in the accompanying drawings. The embodiments are detailed enough to clearly communicate the disclosure. However, the level of detail offered is not intended to limit the expected variations of embodiments; on the contrary, the intention is to cover all modifications, equivalents, and alternatives that fall within the spirit and scope of the present disclosure as defined by the appended claims.

In einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Ladesystem für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereit. Das Ladesystem umfasst einen Wechselrichter mit erstem und zweitem Schalter und einen ersten Stecker. Das Ladesystem umfasst außerdem einen Fahrzeugeinlass mit drittem und viertem Schalter. Das Ladesystem umfasst ferner einen Motor, der so konfiguriert ist, dass er selektiv elektrisch mit dem Wechselrichter gekoppelt ist, wobei der Motor die erste, zweite und dritte Ausgangsleitung umfasst, die der ersten, zweiten und dritten Phase des Motors entsprechen. Der erste Schalter ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit einer der ersten Ausgangsleitungen und einer ersten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der zweite Schalter ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit einer der beiden Ausgangsleitungen und einer zweiten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der dritte Schalter ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit einer ersten Eingangsleitung und der ersten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der vierte Schalter ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit einer beliebigen Neutralleiterleitung und der zweiten bidirektionalen Ausgangsleitung gekoppelt ist. Der erste Steckverbinder ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit der dritten Ausgangsleitung gekoppelt ist.In one aspect, the present disclosure provides a charging system for bidirectional electrical power transfer in an electric vehicle. The charging system includes an inverter having first and second switches and a first plug. The charging system also includes a vehicle inlet having third and fourth switches. The charging system further includes a motor configured to be selectively electrically coupled to the inverter, the motor including the first, second, and third output lines corresponding to the first, second, and third phases of the motor. The first switch is configured to be selectively electrically coupled to one of the first output lines and a first bidirectional output line. The second switch is configured to be selectively electrically coupled to one of the two output lines and a second bidirectional output line. The third switch is configured to be selectively electrically coupled to a first input line and the first bidirectional output line. The fourth switch is configured to be selectively electrically coupled to any neutral line and the second bidirectional output line. The first connector is configured to be selectively electrically coupled to the third output line.

1 veranschaulicht eine schematische Schaltungsdarstellung eines Ladesystems 100 für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug (EV) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das System 100 umfasst einen Fahrzeugeinlass 102, der konfiguriert ist, um eine elektrische Gleichstromversorgung (DC) von einer Quelle, wie beispielsweise einer Batteriebank des EV, zu empfangen. Der Fahrzeugeinlass 102 ist ferner konfiguriert, um eine elektrische Wechselstrom-(AC)-Energie an Lasten des EV zu liefern. Der Fahrzeugeinlass 102 kann über einen Laderegler 104 und eine Elektrofahrzeugversorgungsausrüstung (EVSE) 106 gesteuert werden. Der Laderegler 104 und die Wallbox 106 regeln eine Strom- und/oder Spannungsmenge, die durch den Fahrzeugeinlass 102 fließt. 1 illustrates a schematic circuit diagram of a charging system 100 for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle (EV) according to an embodiment of the present disclosure. The system 100 includes a vehicle inlet 102 configured to receive a direct current (DC) electrical power supply from a source, such as a battery bank of the EV. The vehicle Vehicle inlet 102 is further configured to supply alternating current (AC) electrical energy to loads of the EV. Vehicle inlet 102 may be controlled by a charge controller 104 and an electric vehicle supply equipment (EVSE) 106. Charge controller 104 and wallbox 106 regulate an amount of current and/or voltage flowing through vehicle inlet 102.

Das Ladesystem 100 umfasst ferner ein Batteriemanagementsystem (BMS) 108. Das BMS 108 kann konfiguriert sein, um einen Zustand des Batteriepacks des EV zu überwachen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine Temperatur, einen Ladezustand, eine Spannung und einen Strom des Batteriepacks.The charging system 100 further includes a battery management system (BMS) 108. The BMS 108 may be configured to monitor a condition of the battery pack of the EV, including but not limited to a temperature, state of charge, voltage, and current of the battery pack.

Das Ladesystem 100 umfasst ferner einen Wechselrichter 150. Der Wechselrichter 150 ist elektrisch mit dem Fahrzeugeinlass 102 gekoppelt und ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit einem Motor 120 des EV gekoppelt ist. Der Motor 120 kann ein Drehstrommotor oder ein Drehstrommotor sein. In der dargestellten Ausführungsform von 1 ist der Motor 120 ein Drehstrommotor. Ferner kann der Motor 120 ein beliebiger Käfigläufer-Induktionsmotor (SCIM), ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) und ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) sein.The charging system 100 further includes an inverter 150. The inverter 150 is electrically coupled to the vehicle inlet 102 and is configured to be selectively electrically coupled to a motor 120 of the EV. The motor 120 may be a three-phase motor or a three-phase motor. In the illustrated embodiment of FIG. 1, the motor 120 is a three-phase motor. Further, the motor 120 may be any of a squirrel cage induction motor (SCIM), a brushless direct current motor (BLDC), and a permanent magnet synchronous motor (PMSM).

Der Wechselrichter 150 weist erste und zweite Schalter S1, S2 und einen ersten Verbinder C1 auf. Der erste und der zweite Schalter S1, S2 können einpolige Umschalter sein, und der erste Steckverbinder C1 kann ein einpoliger Umschalter sein. Die ersten und zweiten Schalter S1, S2 sind so konfiguriert, dass sie selektiv elektrisch mit der ersten und zweiten Ausgangsleitung 122, 124 des Motors 120 gekoppelt sind, die jeweils der ersten bzw. zweiten Phase entsprechen. Ferner sind die ersten und zweiten Schalter S1, S2 so konfiguriert, dass sie selektiv elektrisch mit der ersten und zweiten bidirektionalen Ausgangsleitung 132, 134 gekoppelt sind. Die erste und die zweite bidirektionale Ausgangsleitung 132, 134 sind konfiguriert, um den Wechselrichter 150 elektrisch mit dem Fahrzeugeinlass 102 zu koppeln. Der erste Steckverbinder C1 ist so konfiguriert, dass er selektiv elektrisch mit einer dritten Ausgangsleitung 126 des Motors 120 gekoppelt ist, die der dritten Phase entspricht.The inverter 150 includes first and second switches S1, S2 and a first connector C1. The first and second switches S1, S2 may be single-pole double-throw switches, and the first connector C1 may be a single-pole double-throw switch. The first and second switches S1, S2 are configured to be selectively electrically coupled to the first and second output lines 122, 124 of the motor 120, which correspond to the first and second phases, respectively. Further, the first and second switches S1, S2 are configured to be selectively electrically coupled to the first and second bidirectional output lines 132, 134. The first and second bidirectional output lines 132, 134 are configured to electrically couple the inverter 150 to the vehicle inlet 102. The first connector C1 is configured to be selectively electrically coupled to a third output line 126 of the motor 120 corresponding to the third phase.

Der Fahrzeugeinlass 102 weist ferner den dritten und vierten Schalter S3, S4 auf. Der dritte und vierte Schalter S3, S4 können einpolige Umschalter sein. Der dritte und der vierte Schalter S3, S4 sind so konfiguriert, dass sie selektiv elektrisch mit einem ersten Eingang 136 und einer Neutralleiterleitung 138 des Ladereglers 104 gekoppelt sind. Ferner sind der dritte und der vierte Schalter S3, S4 so konfiguriert, dass sie selektiv elektrisch mit der ersten und zweiten bidirektionalen Ausgangsleitung 132, 134 gekoppelt sind.The vehicle inlet 102 further includes the third and fourth switches S3, S4. The third and fourth switches S3, S4 may be single pole double throw switches. The third and fourth switches S3, S4 are configured to be selectively electrically coupled to a first input 136 and a neutral line 138 of the charge controller 104. Further, the third and fourth switches S3, S4 are configured to be selectively electrically coupled to the first and second bidirectional output lines 132, 134.

In einigen Ausführungsformen kann das BMS 108 konfiguriert sein, um die Schalter S1 bis S4 und den ersten Steckverbinder C1 zu betätigen, um den Fluss elektrischer Energie zwischen dem Fahrzeugeinlass 102, dem Motor 120 und den verschiedenen Lasten in dem Elektrofahrzeug zu regulieren.In some embodiments, the BMS 108 may be configured to operate the switches S1 through S4 and the first connector C1 to regulate the flow of electrical energy between the vehicle inlet 102, the motor 120, and the various loads in the electric vehicle.

In einigen Ausführungsformen kann das BMS 108 das System 100 in einem ersten Betriebsmodus betreiben. Hierbei werden der erste und der zweite Schalter S1, S2 so betätigt, dass sie mit der ersten bzw. zweiten Ausgangsleitung 122, 124 elektrisch gekoppelt sind, und der Steckverbinder C1 wird so betätigt, dass sie elektrisch mit der dritten Ausgangsleitung 126 gekoppelt sind. Der Wechselrichter 250 ist so konfiguriert, dass er den Motor 120 direkt mit Wechselstrom versorgt. Ferner wird der dritte Schalter S3 so betätigt, dass er elektrisch mit der ersten Eingangsleitung 136 gekoppelt ist, und der vierte Schalter S4 wird so betätigt, dass er elektrisch mit der zweiten Ausgangsleitung 124 gekoppelt ist. In some embodiments, the BMS 108 may operate the system 100 in a first mode of operation. Here, the first and second switches S1, S2 are actuated to electrically couple to the first and second output lines 122, 124, respectively, and the connector C1 is actuated to electrically couple to the third output line 126. The inverter 250 is configured to directly supply AC power to the motor 120. Further, the third switch S3 is actuated to electrically couple to the first input line 136, and the fourth switch S4 is actuated to electrically couple to the second output line 124.

Infolgedessen sind im ersten Betriebsmodus des Ladesystems 100 alle elektrischen Leitungen für die Übertragung von elektrischer Wechselstromleistung konfiguriert. Ferner kann in der ersten Betriebsart die Batteriebank aufgrund des Betriebs des Motors 120 entladen werden.As a result, in the first mode of operation of the charging system 100, all electrical lines are configured to transmit AC electrical power. Furthermore, in the first mode of operation, the battery bank may be discharged due to the operation of the engine 120.

In einigen Ausführungsformen kann das BMS 108 das System 100 in einem zweiten Betriebsmodus betreiben. Hierbei werden der erste und der zweite Schalter S1, S2 so betätigt, dass sie elektrisch mit der ersten und zweiten bidirektionalen Ausgangsleitung 132, 134 gekoppelt sind, und der Steckverbinder C1 wird so betätigt, dass er offen ist. Der Wechselrichter 150 ist konfiguriert, um Wechselstrom an den Fahrzeugeinlass 102 zu liefern, von wo aus die Wechselstrom an andere Lasten in dem Elektrofahrzeug geliefert werden kann. Dabei kann es sich bei der elektrischen Wechselstromleistung, die den Lasten zugeführt wird, um einphasige elektrische Wechselstromleistung handeln. Wenn der erste Schalter S1 elektrisch mit der ersten bidirektionalen Ausgangsleitung 132 gekoppelt ist, kann der dritte Schalter S3 gleichzeitig elektrisch mit der ersten bidirektionalen Ausgangsleitung 132 gekoppelt werden, wodurch der Fahrzeugeinlass 102 elektrisch mit dem Wechselrichter 150 gekoppelt wird, damit der Fahrzeugeinlass 102 eine einphasige elektrische Energieversorgung von dem Wechselrichter 150 erhält. Ferner ist der vierte Schalter S4 elektrisch mit der Neutralleiterleitung 138 gekoppelt.In some embodiments, the BMS 108 may operate the system 100 in a second mode of operation. Here, the first and second switches S1, S2 are actuated to electrically couple to the first and second bidirectional output lines 132, 134 and the connector C1 is actuated to be open. The inverter 150 is configured to supply AC power to the vehicle inlet 102 from which the AC power may be supplied to other loads in the electric vehicle. The AC electrical power supplied to the loads may be single-phase AC electrical power. When the first switch S1 is electrically coupled to the first bidirectional output line 132, the third switch S3 may simultaneously be electrically coupled to the first bidirectional output line 132, thereby electrically coupling the vehicle inlet 102 to the inverter 150 so that the vehicle inlet 102 receives a single-phase electrical power supply from the inverter 150. Further, the fourth switch S4 is electrically coupled to the neutral line 138.

im zweiten Betriebsmodus trennen der erste, der zweite Schalter S1, S2 und der erste Steckverbinder C1 den Motor 120 elektrisch von dem Wechselrichter 150. Infolgedessen wird dem Fahrzeugeinlass 102 elektrische Energie effizienter und mit weniger Verlusten zugeführt.In the second operating mode, the first, the second switch S1, S2 and the first connector binder C1 electrically supplies the motor 120 from the inverter 150. As a result, electrical energy is supplied to the vehicle intake 102 more efficiently and with fewer losses.

Dem Fachmann sollte klar sein, dass neben den bereits beschriebenen noch viele weitere Modifikationen möglich sind, ohne von den hierin enthaltenen erfinderischen Konzepten abzuweichen. Der erfinderische Gegenstand darf daher nur im Sinne der beigefügten Ansprüche eingeschränkt werden. Darüber hinaus sollten bei der Auslegung sowohl der Patentschrift als auch der Ansprüche alle Begriffe so weit wie möglich und im Einklang mit dem Kontext ausgelegt werden. Insbesondere sollten die Begriffe „umfassen“ und „umfassend“ so interpretiert werden, dass sie sich auf Elemente, Komponenten oder Schritte in einer nicht ausschließlichen Weise beziehen und darauf hinweisen, dass die referenzierten Elemente, Komponenten oder Schritte vorhanden sein oder verwendet oder mit anderen Elementen, Komponenten oder Schritten kombiniert werden können, auf die nicht ausdrücklich verwiesen wird. Wenn sich die Patentansprüche auf mindestens eines von etwas beziehen, das aus der Gruppe bestehend aus A, B, C ....und N ausgewählt wurde, sollte der Text so ausgelegt werden, dass er nur ein Element aus der Gruppe erfordert, nicht A plus N oder B plus N usw. Die vorstehende Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen wird die allgemeine Natur der Ausführungsformen hierin so vollständig offenbaren, dass andere durch Anwendung des derzeitigen Wissens solche spezifischen Ausführungsformen leicht modifizieren und/oder für verschiedene Anwendungen anpassen können, ohne von dem generischen Konzept abzuweichen, und daher sollten und sollen solche Anpassungen und Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalente der offenbarten Ausführungsformen verstanden werden. Es versteht sich, dass die hier verwendete Phraseologie oder Terminologie der Beschreibung und nicht der Einschränkung dient. Während die Ausführungsformen hierin in Begriffen bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurden, wird der Fachmann daher erkennen, dass die Ausführungsformen hierin mit Modifikation innerhalb des Geistes und des Umfangs der beigefügten Ansprüche ausgeführt werden können.It should be apparent to those skilled in the art that many other modifications are possible in addition to those already described without departing from the inventive concepts contained herein. The inventive subject matter may therefore only be limited in the sense of the appended claims. Furthermore, in interpreting both the specification and the claims, all terms should be construed as broadly as possible and consistent with the context. In particular, the terms "comprising" and "comprising" should be interpreted to refer to elements, components, or steps in a non-exclusive manner and to indicate that the referenced elements, components, or steps may be present or used or combined with other elements, components, or steps not expressly referenced. When the claims refer to at least one of something selected from the group consisting of A, B, C ....and N, the text should be construed to require only one element from the group, not A plus N or B plus N, etc. The foregoing description of the specific embodiments will so fully disclose the general nature of the embodiments herein that others, by application of current knowledge, may readily modify and/or adapt such specific embodiments for various applications without departing from the generic concept, and thus such adaptations and modifications should and shall be understood within the meaning and range of equivalents of the disclosed embodiments. It is to be understood that the phraseology or terminology used herein is for the purpose of description and not of limitation. Therefore, while the embodiments herein have been described in terms of preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that the embodiments herein may be practiced with modification within the spirit and scope of the appended claims.

Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom grundlegenden Umfang derselben abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Versionen oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um eine Person mit durchschnittlichem Fachmann auf dem Gebiet in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Kenntnissen kombiniert wird, die der Person mit dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet zur Verfügung stehen.While the foregoing describes various embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof. The scope of the invention is determined by the following claims. The invention is not limited to the described embodiments, versions, or examples, which are included to enable a person of ordinary skill in the art to make and use the invention when combined with information and knowledge available to the person of ordinary skill in the art.

Die vorliegende Erfindung stellt einen verbesserten Wechselrichter für ein Ladesystem für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereit.The present invention provides an improved inverter for a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Wechselrichter für ein Ladesystem für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereit, das effizienter ist.The present invention provides an inverter for a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle that is more efficient.

Die vorliegende Erfindung stellt einen Wechselrichter für ein Ladesystem zur bidirektionalen elektrischen Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereit, das besser genutzt wird. The present invention provides an inverter for a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle that is better utilized.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Ladesystem für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereit, das eine Belastung des Elektrofahrzeugs nicht erhöht.The present invention provides a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle that does not increase a load on the electric vehicle.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Ladesystem für die bidirektionale elektrische Energieübertragung in einem Elektrofahrzeug bereit, das einfach und kostengünstig implementiert werden kann.The present invention provides a charging system for bidirectional electrical energy transfer in an electric vehicle that can be implemented easily and inexpensively.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US20140225433 [0005]

Claims

Charging system (100) for bidirectional electrical energy transmission in an electric vehicle, the charging system (100) comprising: an inverter (150) with first and second switches (S1, S2) and a first connector (C1); a vehicle inlet (102) with third and fourth switches (S3, S4); and a motor (120) configured to be selectively electrically coupled to the inverter (150), the motor (120) comprising first, second and third output lines (122, 124, 126) corresponding to the first, second and third phases of the motor (120), wherein the first switch (S1) is configured to be selectively electrically coupled to one of the first output lines (122) and a first bidirectional output line (132), the second switch (S2) is configured to be selectively electrically coupled to one of the second output lines (124) and a second bidirectional output line (134), the third switch (S3) is configured to be selectively electrically coupled to one of a first input line (136) and the first bidirectional output line (132), the fourth switch (S4) is configured to be selectively electrically coupled to any of a neutral Line (138) and the second bidirectional output line (134), and the first connector (C1) is configured to be selectively electrically coupled to the third output line (126).

Charging system (100) to Claim 1 , characterized in that the first switch (S1) is configured to be electrically coupled to the first output line (122), the second switch (S2) is configured to be electrically coupled to the second output line (124), the third switch (S3) is configured to be electrically coupled to the first input line (136), the fourth switch (S4) is configured to be electrically coupled to the second bidirectional output line (134), and the first connector (C1) is configured to be electrically coupled to the third output line (126).

Charging system (100) to Claim 2 wherein the motor (120) is configured to receive alternating current (AC) from the inverter (150) to operate the motor (120).

Charging system (100) to Claim 1 , characterized in that the first switch (S1) is configured to be electrically coupled to the first bidirectional output line (132), the second switch (S2) is configured to be electrically coupled to the second bidirectional output line (134), the third switch (S3) is configured to be electrically coupled to the first bidirectional output line (132), the fourth switch (S4) is configured to be electrically coupled to the neutral line (138), and the first connector (C1) is configured to be electrically decoupled from the third output line (126).

Charging system (100) to Claim 4 wherein the vehicle inlet (102) is configured to receive a single-phase alternating electrical power from the inverter (150), and wherein the vehicle inlet (102) is configured to supply the single-phase alternating electrical power for use by loads of the electric vehicle.

Charging system (100) to Claim 1 wherein the charging system (100) further comprises a charge controller (104), wherein the charge controller (104) is configured to be selectively electrically coupled to the vehicle inlet (102) via the first input line (136) and the neutral conductors (138), and wherein the charge controller (104) is configured to regulate electrical power flowing into the vehicle inlet (102).

Charging system (100) to Claim 1 wherein the charging system (100) further comprises an electric vehicle supply device (EVSE) (106), and wherein the wallbox (106) is configured to regulate electrical power flowing through the charging system (100).

Charging system (100) to Claim 1 , wherein the charging system (100) further comprises a battery management system (BMS) (108), and wherein the BMS (108) is configured to monitor the condition of a battery pack of the electric vehicle.

Charging system (100) to Claim 8 wherein the BMS (108) is configured to operate the first, second, third and fourth switches (S1, S2, S3, S4) and the first connector (C1).

Electric vehicle with charging system (100) according to Claim 1 .