DE102023200810A1

DE102023200810A1 - Ladesystem und Ladegerät dafür

Info

Publication number: DE102023200810A1
Application number: DE102023200810.6A
Authority: DE
Inventors: Taek Hyun Jung
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2023-02-01
Publication date: 2024-02-29
Also published as: KR20240030651A; CN117639149A; US20240066992A1

Abstract

Offenbart werden ein Ladesystem mit einer Anschlussdose, die einen ersten Anschluss, der mit einer Systemstromversorgung verbunden ist, einen zweiten Anschluss, der mit einem externen Verbraucher verbunden ist, einen dritten Anschluss, der mit einem externen Bordladegerät verbunden ist, und eine Schalteinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie selektiv zumindest zwei der ersten bis dritten Anschlüsse verbindet, und eine Steuereinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie einen Verbindungszustand der Schalteinheit auf Grundlage dessen, ob ein Stromausfall in der Systemstromversorgung auftritt, und auf Grundlage eines Betriebsmodus des externen Bordladegeräts steuert, sowie ein Ladegerät für das Ladesystem.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Ladesystem, in dem eine Systemstromversorgung, ein externer Verbraucher und ein externes Bordladegerät verbunden sind, und das Laden zwischen der Systemstromversorgung, dem externen Verbraucher und dem externen Bordladegerät auf Grundlage dessen, ob ein Stromausfall in der Systemstromversorgung auftritt oder nicht, und auf Grundlage des Betriebsmodus des externen Bordladegeräts durchgeführt wird, sowie ein Ladegerät dafür.
Hintergrund
Mit zunehmendem Interesse an der Umwelt hat die Zahl der umweltfreundlichen Fahrzeuge zugenommen, die einen Elektromotor als Antriebsquelle haben. Ein umweltfreundliches Fahrzeug wird auch als Elektrofahrzeug bezeichnet, und ein typisches Beispiel ist ein Elektrofahrzeug (EV) oder ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV). Diese Elektrofahrzeuge sind mit einer Batterie ausgestattet und werden mit der in der Batterie gespeicherten Energie betrieben.
Da die Batteriekapazität der neueren Elektrofahrzeuge ständig zunimmt, wurden zudem Verfahren vorgeschlagen, um das Fahrzeug selbst als Stromquelle zu nutzen, zum Beispiel ein Energiespeichersystem (ESS), um den Strom effizient zu nutzen. Ein Beispiel für solche Verfahren ist die V2X (Vehicle-to-Everything) -Technologie. Die V2X-Technologie kann je nach Ziel, an das die Energie zugeführt wird, in V2G (Vehicle-to-Grid), V2L (Vehicle-to-Load), V2H (Vehicle-to-Home), V2V (Vehicle-to-Vehicle) usw. unterteilt werden. V2G ist eine Technologie zur direkten Einspeisung der in der Batterie eines Elektrofahrzeugs gespeicherten elektrischen Energie in ein Stromnetz und kann Effekte wie die Stabilisierung der Netzqualität und die Erzielung von Gewinnen durch den Verkauf der in der Batterie gespeicherten elektrischen Energie erzielen. Darüber hinaus ist V2H eine Technologie zur Versorgung eines Hauses mit elektrischer Energie, die in einer Batterie eines Elektrofahrzeugs gespeichert ist. In diesem Fall kann die Batterie eines Elektrofahrzeugs als Reservestromquelle bei einem Stromausfall dienen.
Für die Anwendung einer solchen V2X-Technologie kann ein Elektrofahrzeug mit einem Bordladegerät (OBC) ausgestattet sein. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen unidirektionalen Ladegerät kann das Bordladegerät elektrische Energie von außen aufnehmen, um eine Fahrzeugbatterie zu laden, und die in der Fahrzeugbatterie gespeicherte elektrische Energie auch nach außen abgeben.
Während ein Fahrzeug im V2G-Betrieb als Stromquelle an das bestehende Stromnetz angeschlossen ist, kann ein Fahrzeug im V2H-Betrieb als unabhängige Spannungsquelle dienen und Haushaltsgeräte mit elektrischer Energie versorgen, so dass die Steuerung der Stromversorgung je nach Zielsetzung unterschiedlich erfolgen muss.
DARSTELLUNG
Daher erfolgte die vorliegende Offenbarung im Hinblick auf die oben genannten Probleme, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Ladesystem zur Stromversorgung und zum Laden einer Systemstromversorgung, eines externen Verbrauchers und eines externen Bordladegeräts auf Grundlage dessen, ob ein Stromausfall in der Systemstromversorgung auftritt, und auf Grundlage eines Betriebsmodus des externen Bordladegeräts, sowie ein Ladegerät für dieses System bereitzustellen.
Die technischen Aspekte, die in der vorliegenden Offenbarung erzielt werden sollen, sind nicht auf die oben erwähnten technischen Aspekte beschränkt, und andere technische Aspekte, die nicht erwähnt werden, werden von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, anhand der nachstehenden Beschreibung klar verstanden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung können die obigen und andere Ziele durch die Bereitstellung eines Ladegeräts erreicht werden, das eine Anschlussdose mit einem ersten Anschluss, der mit einer Systemstromversorgung verbunden ist, einem zweiten Anschluss, der mit einem externen Verbraucher verbunden ist, einem dritten Anschluss, der mit einem externen Bordladegerät verbunden ist, und einer Schalteinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie selektiv zumindest zwei der ersten bis dritten Anschlüsse verbindet, sowie einen Controller aufweist, der derart konfiguriert ist, dass er einen Verbindungszustand der Schalteinheit auf Grundlage dessen, ob ein Stromausfall in der Systemstromversorgung auftritt, und auf Grundlage eines Betriebsmodus des externen Bordladegeräts steuert.
Zum Beispiel kann die Anschlussdose über den ersten Anschluss Wechselstrom von der Systemstromversorgung aufnehmen und den Wechselstrom auf Grundlage des Verbindungszustands der Schalteinheit an den externen Verbraucher und/oder das externe Bordladegerät zuführen, oder sie kann über den dritten Anschluss Wechselstrom von dem externen Bordladegerät aufnehmen und den Wechselstrom auf Grundlage des Verbindungszustands der Schalteinheit an die Systemstromversorgung und/oder den externen Verbraucher zuführen.
Zum Beispiel kann das Ladegerät ferner eine Kommunikationsvorrichtung aufweisen, die derart konfiguriert ist, dass sie mit einer externen Ladesteuerung kommuniziert, die mit dem externen Bordladegerät verbunden ist, wobei der Controller einen Betriebsmodus des externen Bordladegeräts oder eine Anforderung zur Änderung des Verbindungszustands, die dem Betriebsmodus entspricht, von der externen Ladesteuerung über die Kommunikationsvorrichtung empfangen oder anfordern kann, dass die externe Ladesteuerung den Betriebsmodus des externen Bordladegeräts verändert.
Zum Beispiel kann der Controller den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuern, dass der zweite Anschluss und der dritte Anschluss miteinander verbunden werden, wenn ein Stromausfall in der Systemstromversorgung auftritt.
Zum Beispiel kann der Controller den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuern, dass alle Verbindungen des ersten bis dritten Anschlusses getrennt werden, wenn ein Stromausfall in der Systemstromversorgung auftritt, und zudem den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuern, dass der zweite Anschluss und der dritte Anschluss verbunden sind, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegerät ein Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers ist.
Zum Beispiel kann der Controller zudem den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuern, dass der erste Anschluss und der zweite Anschluss verbunden sind, wenn der Betriebsmodus des externen Ladegeräts nicht der Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers ist.
Zum Beispiel kann der Controller anfordern, dass die externe Ladesteuerung den Betriebsmodus über die Kommunikationsvorrichtung derart verändert, dass das externe Bordladegerät die Stromversorgung unterbricht, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts ein Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung ist.
Zum Beispiel kann der Controller anfordern, dass die externe Ladesteuerung den Betriebsmodus über die Kommunikationsvorrichtung derart verändert, dass das externe Bordladegerät die Stromversorgung startet, wenn der zweite Anschluss und der dritte Anschluss verbunden sind, indem der Verbindungszustand der Schalteinheit gesteuert wird.
Zum Beispiel kann der Controller den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuern, dass der erste Anschluss und der zweite Anschluss zum Zeitpunkt der Wiederherstellung des Stromausfalls der Systemstromversorgung verbunden sind.
Zum Beispiel kann der Controller den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuern, dass der erste Anschluss und der dritte Anschluss verbunden sind, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts ein Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung oder ein Modus zur Aufnahme von Strom von der Systemstromversorgung zum Zeitpunkt der Wiederherstellung des Stromausfalls der Systemstromversorgung ist.
Zum Beispiel kann der Controller den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuern, dass der erste Anschluss und der dritte Anschluss voneinander getrennt werden, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegerät nicht dem Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung oder dem Modus zur Aufnahme von Strom von der Systemstromversorgung während der Wiederherstellung des Stromausfalls entspricht.
Zum Beispiel kann der Controller anfordern, dass die externe Ladesteuerung den Betriebsmodus über die Kommunikationsvorrichtung derart verändert, dass das externe Bordladegerät die Stromversorgung einstellt, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts ein Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers zum Zeitpunkt der Wiederherstellung des Stromausfalls der Systemstromversorgung ist.
Zum Beispiel kann die Schalteinheit einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter aufweisen, und ein Ende des ersten Schalters kann mit dem ersten Anschluss verbunden sein, das andere Ende kann mit einem Ende des zweiten Schalters verbunden sein, das andere Ende des zweiten Schalters kann mit dem dritten Anschluss verbunden sein, und der zweite Anschluss kann zwischen dem anderen Ende des ersten Schalters und einem Ende des zweiten Schalters angeschlossen sein.
Zum Beispiel kann das Ladegerät ferner einen Wandler, der derart konfiguriert ist, dass er über den ersten Anschluss oder den dritten Anschluss zugeführten Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, und eine Batterie, die derart konfiguriert ist, dass sie den über den Wandler umgewandelten Gleichstrom speichert, aufweisen, wobei die Anschlussdose ferner einen vierten Anschluss aufweisen kann, der mit dem Wandler verbunden ist und selektiv zumindest zwei der ersten bis vierten Anschlüsse verbindet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Ladesystem bereitgestellt, das ein externes Bordladegerät, das derart konfiguriert ist, dass es eine Systemstromversorgung mit Strom versorgt oder Strom von der Systemstromversorgung aufnimmt, eine externe Ladesteuerung, die derart konfiguriert ist, dass sie das externe Bordladegerät steuert, und ein Ladegerät aufweist, das eine Anschlussdose mit einem ersten Anschluss, der mit einer Systemstromversorgung verbunden ist, einem zweiten Anschluss, der mit einem externen Verbraucher verbunden ist, einem dritten Anschluss, der mit dem externen Bordladegerät verbunden ist, und eine Schalteinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie selektiv zumindest zwei der ersten bis dritten Anschlüsse verbindet, aufweist, einem zweiten Anschluss, der mit einem externen Verbraucher verbunden ist, einem dritten Anschluss, der mit dem externen Bordladegerät verbunden ist, und eine Schalteinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie selektiv zumindest zwei der ersten bis dritten Anschlüsse verbindet, und eine Steuereinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie einen Verbindungszustand der Schalteinheit auf Grundlage dessen, ob ein Stromausfall in der Systemstromversorgung auftritt, und auf Grundlage eines Betriebsmodus des externen Bordladegeräts steuert.
Zum Beispiel kann das Ladegerät ferner eine Kommunikationsvorrichtung aufweisen, die derart konfiguriert ist, dass sie mit der externen Ladesteuerung kommuniziert, wobei der Controller einen Betriebsmodus des externen Bordladegeräts von der externen Ladesteuerung über die Kommunikationsvorrichtung empfangen oder anfordern kann, dass die externe Ladesteuerung den Betriebsmodus des externen Bordladegeräts verändert.
Zum Beispiel kann die externe Ladesteuerung bestimmen, ob das externe Bordladegerät in der Lage ist, Strom an den externen Verbraucher zuzuführen, und/oder ob das externe Bordladegerät in der Lage ist, Strom an die Systemstromversorgung zuzuführen, und/oder ob das externe Bordladegerät in der Lage ist, Strom von der Systemstromversorgung zu empfangen, wenn voreingestellte Bedingungen erfüllt sind, und den Betriebsmodus des externen Bordladegeräts derart steuern, dass er auf Grundlage eines Bestimmungsergebnisses geändert wird.
Wenn zum Beispiel der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts geändert wird, kann die externe Ladesteuerung den geänderten Betriebsmodus des externen Ladegeräts an den Controller über die Kommunikationsvorrichtung übermitteln oder die Steuerung des Schaltverbindungszustands entsprechend dem geänderten Betriebsmodus anfordern.
Die externe Ladesteuerung kann zum Beispiel auf Grundlage des Ladezustands (SOC) einer externen Batterie, die mit dem externen Ladegerät verbunden ist, und/oder auf Grundlage dessen, ob das externe Bordladegerät normal arbeitet, bestimmen, ob Strom an den externen Verbraucher oder das Systemstromversorgung zugeführt werden kann.
Wenn der Betriebsmodus zum Beispiel ein Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung oder ein Modus zur Aufnahme von Strom von der Systemstromversorgung ist, kann die externe Ladesteuerung eine Ausgangsstrom- und Phasenregelung über das externe Bordladegerät derart durchführen, dass sie der Systemstromversorgung entspricht, und wenn der Betriebsmodus ein Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers ist, kann die externe Ladesteuerung eine Spannungs- und Frequenzregelung derart über das externe Bordladegerät durchführen, dass sie dem externen Verbraucher entspricht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich, in denen:

1 ein Diagramm ist, das die Konfiguration eines Ladegeräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ein Diagramm ist, das die Konfiguration eines Ladesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3 ein Diagramm zur Beschreibung eines Betriebsprozesses des Ladegeräts bei einem Stromausfall in einer Systemstromversorgung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
4 ein Diagramm zur Beschreibung eines Betriebsprozesses des Ladegeräts ist, wenn ein Stromausfall der Systemstromversorgung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wiederhergestellt wird;
5A ein Diagramm zur Beschreibung eines Betriebsprozesses des Ladesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist; und
5B ein Diagramm zur Beschreibung eines Betriebsprozesses des Ladesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Spezifische strukturelle oder funktionelle Beschreibungen von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, die in der vorliegenden Beschreibung oder Anmeldung offenbart werden, sind nur beispielhaft für den Zweck der Beschreibung der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung, und die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung werden in verschiedenen Formen verwirklicht und sollten nicht als auf die in dieser Beschreibung oder Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden.
Da die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung auf verschiedene Weise verändert werden und verschiedene Formen annehmen können, werden bestimmte Ausführungsformen in den Zeichnungen dargestellt und in der vorliegenden Beschreibung oder Anmeldung ausführlich beschrieben. Dies soll jedoch nicht dazu dienen, die Ausführungsformen gemäß dem Konzept der vorliegenden Offenbarung auf eine bestimmte offenbarte Form zu beschränken, und ist so zu verstehen, dass alle Modifikationen, Äquivalente und Ergänzungen im Sinn und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
Alle Begriffe, einschließlich technischer oder wissenschaftlicher Begriffe, haben die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Offenbarung bezieht, allgemein verstanden wird, sofern nicht anders angegeben. Allgemein verwendete Begriffe, wie zum Beispiel in einem Wörterbuch definierte Begriffe, sollen so ausgelegt werden, dass sie mit den aus dem Kontext hervorgehenden Bedeutungen des verwandten Fachgebiets übereinstimmen. Sofern in der vorliegenden Offenbarung nicht anders definiert, sollten solche Begriffe nicht in idealer oder übermäßig formaler Weise ausgelegt werden.
Nachfolgend werden die in der vorliegenden Beschreibung offenbarten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, wobei jedoch gleichen oder ähnlichen Bauteilen unabhängig von den Bezugszeichen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet werden und auf überflüssige Beschreibungen derselben verzichtet wird.
Die Suffixe „Modul“ und „Teil“ von Elementen werden hier der Einfachheit halber verwendet und können daher austauschbar verwendet werden und haben keine unterscheidbaren Bedeutungen oder Funktionen.
In der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung offenbart werden, wird auf eine ausführliche Beschreibung bekannter Funktionen und Konfigurationen verzichtet, wenn sie den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung verdecken könnte. Darüber hinaus dienen die beigefügten Zeichnungen nur dem leichteren Verständnis der in der vorliegenden Beschreibung offenbarten Ausführungsformen, schränken den hierin offenbarten technischen Grundgedanken nicht ein und umfassen alle Änderungen, Äquivalente und Ergänzungen, die im Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
Die Begriffe „erster“ und/oder „zweiter“ werden zur Beschreibung verschiedener Komponenten verwendet, die jedoch nicht durch diese Begriffe eingeschränkt sind. Die Begriffe werden verwendet, um eine Komponente von einer anderen Komponente zu unterscheiden.
Wenn ein Bauteil mit einem anderen Bauteil „gekoppelt“ oder „verbunden“ ist, kann ein drittes Bauteil zwischen den beiden Bauteilen vorhanden sein, obwohl das Bauteil direkt mit dem anderen Bauteil gekoppelt oder verbunden sein kann. Wenn ein Bauteil mit einem anderen Bauteil „direkt gekoppelt“ oder „direkt verbunden“ ist, sollte davon ausgegangen werden, dass zwischen den beiden Bauteilen kein Element vorhanden ist.
Ein Element, das in der Einzahl beschrieben wird, soll mehrere Elemente umfassen, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Begriff „umfassen“ oder „aufweisen“ das Vorhandensein eines bestimmten Merkmals, einer Figur, eines Schritts, eines Vorgangs, einer Komponente, eines Teils oder einer Kombination davon, schließt jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Figuren, Schritte, Vorgänge, Komponenten oder Kombinationen davon aus.
Darüber hinaus ist eine Einheit oder eine Steuereinheit wie zum Beispiel eine Motorsteuerungseinheit (MCU) nur ein weit verbreiteter Begriff zur Bezeichnung eines Controllers, der eine bestimmte Fahrzeugfunktion steuert, und steht nicht für eine generische Funktionseinheit.
Ein Controller kann eine Kommunikationsvorrichtung, die mit anderen Controllern oder Sensoren kommuniziert, um deren Funktionen zu steuern, einen Speicher, der ein Betriebssystem oder logische Befehle und Eingabe-/Ausgabeinformationen speichert, sowie einen oder mehrere Prozessoren aufweisen, die die zur Steuerung der Funktionen erforderlichen Bestimmungen, Operationen und Entscheidungen durchführen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird der Verbindungszustand einer Schalteinheit 115 auf Grundlage des Auftretens eines Stromausfalls in einer Systemstromversorgung 10 und auf Grundlage des Betriebsmodus eines externen Bordladegeräts 210 gesteuert, und somit wird je nach Situation eine geeignete Stromversorgungsroute angewendet.
Das externe Bordladegerät 210 meint hier ein Ladegerät in einem Elektrofahrzeug, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Zudem umfasst die Stromversorgungsroute hier V2G und V2H, ohne jedoch auf eine Form beschränkt zu sein, bei der Strom von einem Fahrzeug zugeführt wird.
Vor der Beschreibung eines Ladesystems gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird zunächst der Aufbau eines für die Ausführungsformen geeigneten Ladegeräts beschrieben.
1 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Ladegeräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Wie in 1 dargestellt, ist das Ladegerät 100 gemäß einer Ausführungsform mit einer Stromversorgungsquelle und einem Stromversorgungsziel verbunden. Obwohl die Stromversorgungsquelle und das Stromversorgungsziel getrennte Komponenten sein können, kann eine Komponente Strom zuführen und ebenfalls Strom aufnehmen. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass das Ladegerät 100 ein bidirektionales Ladegerät ist, das auch bei festem Anschluss Strom in eine Richtung und in die entgegengesetzte Richtung liefern kann. Das Ladegerät 100 gemäß einer Ausführungsform kann eine Anschlussdose 110, einen Controller 120, eine Kommunikationsvorrichtung 130, einen Wandler 140 und eine Batterie 150 aufweisen. 1 zeigt Komponenten, die sich auf die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beziehen, und die tatsächliche Implementierung des Ladegeräts kann mehr oder weniger Komponenten als diese Komponenten umfassen. Nachfolgend wird jede Komponente näher beschrieben.
Zunächst weist die Anschlussdose 110 eine Verdrahtungsvorrichtung für die Installation und Wartung von elektrischen Leitungen auf und kann für die Verdrahtung einer Stromleitung für die Stromversorgung in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen sein. Die Anschlussdose 110 kann einen ersten Anschluss 111, einen zweiten Anschluss 112, einen dritten Anschluss 113 und einen vierten Anschluss 114 aufweisen, und eine Stromversorgungsquelle oder ein Versorgungsziel ist mit jedem Anschluss verbunden.
Darüber hinaus kann die Anschlussdose 110 eine Schalteinheit 115 aufweisen, die selektiv zumindest zwei der ersten bis vierten Anschlüsse 111 bis 114 verbindet. Die Schalteinheit 115 kann einen ersten Schalter SW1 und einen zweiten Schalter SW2 aufweisen. Dabei kann jeder der Schalter SW1 und SW2 eine Vielzahl von Schaltern aufweisen, die integral gesteuert werden. Der erste Schalter SW1 und der zweite Schalter SW2 können einzeln gesteuert werden, so dass die Schalteinheit 115 eine Vielzahl von Verbindungszuständen aufweisen kann.
Insbesondere kann ein Ende des ersten Schalters SW1 mit dem ersten Anschluss 111 verbunden sein, und das andere Ende des ersten Schalters SW1 kann mit einem Ende des zweiten Schalters SW2 verbunden sein. In diesem Fall kann das andere Ende des zweiten Schalters SW2 mit dem dritten Anschluss 113 verbunden werden, und der zweite Anschluss 112 und der vierte Anschluss 114 können zwischen dem anderen Ende des ersten Schalters SW1 und einem Ende des zweiten Schalters SW2 angeschlossen werden. Wenn die Schalteinheit 115 auf diese Weise konfiguriert ist, sind alle ersten bis vierten Anschlüsse 111 bis 114 verbunden, wenn sowohl der erste Schalter SW1 als auch der zweite Schalter SW2 eingeschaltet sind, und der erste Anschluss 111 kann mit dem zweiten Anschluss 112 und dem vierten Anschluss 114 verbunden sein, wenn nur der erste Schalter SW1 eingeschaltet ist. Der dritte Anschluss 113 kann mit dem zweiten Anschluss 112 und dem vierten Anschluss 114 verbunden sein, wenn nur der zweite Schalter SW2 eingeschaltet ist, und die Verbindungen der ersten bis vierten Anschlüsse 111 bis 114 sind getrennt, wenn sowohl der erste Schalter SW1 als auch der zweite Schalter SW2 ausgeschaltet sind. Ein solcher Verbindungszustand der Schalteinheit 115 kann durch ein Steuersignal des Controllers 120 und den Betrieb einer Sicherung oder eines entsprechenden Relais gesteuert werden.
In einer Ausführungsform kann die Anschlussdose 110 Wechselstrom über den ersten Anschluss 111 aufnehmen und den Wechselstrom über den zweiten Anschluss 112 und/oder den dritten Anschluss 113 zuführen, oder er kann den Wechselstrom über den dritten Anschluss 113 aufnehmen und den Wechselstrom über den ersten Anschlüsse 111 und/oder den zweiten Anschluss 112 zuführen. Das heißt, das Ladegerät 100 gemäß einer Ausführungsform kann ein Wechselstrom-Ladegerät sein, und somit besteht keine Notwendigkeit, einen Wechselrichter, ein Gleichstrom-Ladekabel und einen Stecker zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom in dem Ladegerät 100 bereitzustellen, weil das Ladegerät 100 als Wechselstrom-Ladegerät implementiert ist. Dementsprechend ist es möglich, einen Vorteil in Bezug auf Kosten, Größe, Lärm und Benutzerfreundlichkeit im Vergleich zu einem Gleichstrom-Ladegerät (DC) zu erhalten, und somit ist es möglich, das Ladegerät 100 und ein Ladesystem bereitzustellen, das für die Installation und Verwendung zu Hause geeignet ist. In diesem Fall kann das externe Ladegerät 210 die externe Batterie 230 aufladen, indem es die empfangene Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt.
Der Controller 120 steuert den Verbindungszustand der Schalteinheit 115 auf Grundlage des Auftretens eines Stromausfalls in der Systemstromversorgung 10 und des Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210. In einer Ausführungsform kann der Controller 120 als Mikrocontrollereinheit (MCU) implementiert sein. Darüber hinaus kann das Ladegerät 100 gemäß einer Ausführungsform auch die Kommunikationsvorrichtung 130 aufweisen. Die Kommunikationsvorrichtung 130 kann mit einer externen Ladesteuerung 220 kommunizieren, der mit dem externen Bordladegerät 210 verbunden ist, und der Controller 120 kann einen Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 von der externen Ladesteuerung 220 über die Kommunikationsvorrichtung 130 empfangen oder anfordern, dass die externe Ladesteuerung 220 den Betriebszustand des externen Bordladegeräts 210 verändert. Hierbei kann die Kommunikationsvorrichtung 130 gemäß einer Ausführungsform als Kommunikationssteuerung für Versorgungsgeräte (SECC) implementiert sein. Der Controller 120 und die Kommunikationsvorrichtung 130 werden später unter Bezugnahme auf 2 ausführlicher beschrieben.
Das Ladegerät 100 gemäß einer Ausführungsform kann ferner den Wandler 140 und die Batterie 150 aufweisen. Der Wandler 140 kann über den vierten Anschluss 114 mit den ersten bis dritten Anschlüssen 111 bis 113 verbunden sein und über den ersten Anschluss 111 und/oder den dritten Anschluss 113 zugeführten Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln, und die Batterie 150 kann den über den Wandler 140 umgewandelten Gleichstrom speichern. In einer Ausführungsform kann der Wandler 140 als Regler implementiert sein und eine Komponente aufweisen, die eine Funktion zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom ausführt, unabhängig von ihrem Namen. Die Batterie 150 zuführt gespeicherte Energie, so dass das Ladegerät 100 auch dann arbeiten kann, wenn die Stromversorgung des Ladegeräts 100 aufgrund eines Stromausfalls der Systemstromversorgung 10 unterbrochen wird. Darüber hinaus kann die Batterie 150 dazu dienen, je nach ihrer Kapazität über die ersten bis dritten Anschlüsse 111 bis 113 Strom nach außen zu führen.
Nachfolgend wird eine Funktionsweise eines Ladesystems durch das Ladegerät 100 unter Bezugnahme auf 2 auf Grundlage der obigen Beschreibung des Ladegeräts 100 beschrieben.
2 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Ladesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Wie in 2 dargestellt, kann das Ladesystem gemäß einer Ausführungsform eine Systemstromversorgung 10, einen externen Verbraucher 20, das Ladegerät 100, das externe Bordladegerät 210, die externe Ladesteuerung 220 und die externe Batterie 230 aufweisen. 2 zeigt im Wesentlichen Komponenten, die sich auf eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beziehen, und die tatsächliche Implementierung des Ladesystems kann mehr oder weniger Komponenten als diese Komponenten aufweisen.
Zunächst dient die Systemstromversorgung 10 als Hauptstromversorgungsquelle für den externen Verbraucher 20 und die externe Batterie 230. In den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Systemstromversorgung 10 jedoch durch die Aufnahme von in der externen Batterie 230 gespeichertem Strom aufgeladen werden, je nach dem Verbindungszustand der Schalteinheit 115 des Ladegeräts 100 und dem Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 (zum Beispiel V2G). Der externe Verbraucher 20 nimmt Strom von der Systemstromversorgung 10 auf und kann in Abhängigkeit von dem Verbindungszustand der Schalteinheit 115 des Ladegeräts 100 und der Betriebsart des externen Bordladegeräts 210 in der externen Batterie 230 gespeicherten Strom aufnehmen. Dabei kann der externe Verbraucher 20 verschiedene Stromversorgungsziele wie ein aufladbares elektronisches Gerät und ein separates Elektrofahrzeug sowie einen elektrischen Verbraucher zu Hause umfassen, und wenn die externe Batterie 230 in einem Elektrofahrzeug vorgesehen ist, kann eine Stromversorgungsroute wie V2H, V2L oder V2V gebildet werden. Die Systemstromversorgung 10 und der externe Verbraucher 20 können wie oben beschrieben an den ersten Anschluss 111 und den zweiten Anschluss 112 der Anschlussdose 110 angeschlossen werden.
Das Ladegerät 100 ist mit der Systemstromversorgung 10, dem externen Verbraucher 20 und dem externen Bordladegerät 210 über die Anschlussdose 110 verbunden. In diesem Fall können zumindest eine Systemstromversorgung 10, zumindest ein externer Verbraucher 20 und zumindest ein externes Bordladegerät 210 vorgesehen sein, und eine Vielzahl von Verbindungen kann zwischen den Komponenten 10, 20 und 210 und der Anschlussdose 110 ausgebildet sein. Insbesondere kann die Anschlussdose 110 des Ladegeräts 100 den ersten Anschluss 111, der mit der Systemstromversorgung 10 verbunden ist, den zweiten Anschluss 112, der mit dem externen Verbraucher 20 verbunden ist, den dritten Anschluss, der mit dem externen Bordladegerät 200 verbunden ist, sowie den vierten Anschluss aufweisen, der mit dem Wandler 140 verbunden ist.
Darüber hinaus können manche oder alle der ersten bis vierten Anschlüsse 111 bis 114 je nach dem Verbindungszustand der Schalteinheit 115, die in der Anschlussdose 110 in dem Ladegerät 10 vorgesehen ist, durch den Controller 120 verbunden oder getrennt werden. Dementsprechend wird auch der Verbindungszustand zwischen der Systemstromversorgung 10, dem externen Verbraucher 20, dem externen Bordladegerät 210 und dem mit den Anschlüssen 111 bis 114 verbundenen Wandler 140 bestimmt. Daher ist es möglich, eine Stromversorgungsquelle und ein Versorgungsziel ordnungsgemäß zu verbinden oder einen Verbindungszustand zu trennen, je nachdem, ob ein Stromausfall in der Systemstromversorgung 10 oder dem Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 auftritt.
Der Controller 120 des Ladegeräts 100 steuert den Verbindungszustand der Schalteinheit 115 auf Grundlage dessen, ob ein Stromausfall in der Systemstromversorgung 10 auftritt, und auf Grundlage der Betriebsart des externen Bordladegeräts 210.
Unter einem Stromausfall in der Systemstromversorgung 10 kann hier ein Zustand verstanden werden, in dem die Stromversorgung der Systemstromversorgung 10 aufgrund eines Fehlers in der Systemstromversorgung 10 selbst, der Unterbrechung einer Stromübertragungsleitung oder ähnlichem unterbrochen wird. Die Systemstromversorgung 10 ist eine Hauptstromquelle für die externe Batterie 230, die mit dem externen Verbraucher 20 und dem externen Ladegerät 210 verbunden ist, und insbesondere ist die Systemstromversorgung 10 immer mit dem externen Verbraucher 20, wie zum Beispiel elektronischen Haushaltsgeräten, verbunden, um in einer allgemeinen Situation den größten Teil des angeforderten Stroms bzw. der angeforderten Leistung zu liefern. Daher ist es bei einem Stromausfall in der Systemstromversorgung 10 notwendig, Strom über eine separate Versorgungsquelle aufzunehmen, und in diesem Fall kann die externe Batterie 230, wie zum Beispiel eine Batterie eines Elektrofahrzeugs, als Versorgungsquelle dienen. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Controller 120 den Verbindungszustand der Schalteinheit 115 auf Grundlage dessen steuern, ob ein Stromausfall in der Systemstromversorgung 10 auftritt, so dass der Strom der externen Batterie 230 über das externe Bordladegerät 210 an den externen Verbraucher 20 zugeführt werden kann. Zu diesem Zweck kann der Controller 120 erkennen, ob ein Stromausfall in der Systemstromversorgung 10 auftritt, indem er einen Spannungs- oder Stromeingang über den ersten Anschluss 111 der Anschlussdose 110 erfasst.
Hierbei kann der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 einen Stromversorgungsmodus, einen Betriebsstoppmodus, einen Lademodus und dergleichen umfassen. Insbesondere in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der Betriebsmodus einen Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung 10, einen Modus zur Aufnahme von Strom von der Systemstromversorgung 10, einen Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers 20 und dergleichen entsprechend einer Beziehung mit der Systemstromversorgung 10 oder des externen Verbrauchers 20 umfassen. Wenn das externe Bordladegerät 210 in der Betriebsart zur Stromversorgung der Systemstromversorgung 10 und der Betriebsart zum Empfang von Strom von der Systemstromversorgung 10 arbeitet, führt die externe Ladesteuerung 220 eine Ausgangsstrom- und Phasensteuerung durch das externe Bordladegerät 210 durch, so dass der zugeführte Strom der Systemstromversorgung 10 zur Synchronisierung mit der Systemstromversorgung entspricht. Wenn das externe Bordladegerät 210 in der Betriebsart für die Stromversorgung des externen Verbrauchers 20 arbeitet, führt die externe Ladesteuerung 220 eine Spannungs- und Frequenzregelung durch das externe Bordladegerät 210 durch, so dass die zugeführte Leistung dem externen Verbraucher 20 entspricht. Der Strom der externen Batterie 230 ist als Stromquelle angeschlossen, wenn das externe Bordladegerät 210 Strom an die Systemstromversorgung 10 zuführt oder von dieser aufnimmt, während der Strom der externen Batterie 230 als Spannungsquelle dient, wenn das externe Bordladegerät 210 Strom an den externen Verbraucher 20 zuführt, und somit gibt es einen Unterschied in der Steuerung des externen Bordladegeräts 210 in Abhängigkeit von einem Versorgungsziel. In der vorliegenden Offenbarung kann der Controller 120 den Verbindungszustand der Schalteinheit 115 auf Grundlage des Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210, wie oben beschrieben, steuern und den Verbindungszustand der Systemstromversorgung 10, des externen Verbrauchers 20 und des externen Bordladegeräts 210 dementsprechend beibehalten oder ändern, um ein Wechseln zwischen Stromversorgungsrouten zu ermöglichen, zum Beispiel von V2G zu V2H, oder von V2H zu V2G. Zu diesem Zweck kann der Controller 120 den Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 von der externen Ladesteuerung 220 über die Kommunikationsvorrichtung 130 empfangen oder eine dem Betriebsmodus entsprechende Anforderung zur Steuerung des Verbindungszustands der Schalteinheit empfangen, um den Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 zu erkennen.
Das externe Bordladegerät 210 kann mit der externen Batterie 230 verbunden werden, um die in der externen Batterie 230 gespeicherte Energie an die Systemstromversorgung 10 oder die externe Verbraucher 20 zuzuführen oder um Energie von der Systemstromversorgung 10 zu empfangen und die externe Batterie 230 zu laden. Das externe Bordladegerät 210 kann in verschiedenen Betriebsmodi arbeiten, je nachdem, ob Strom zugeführt oder empfangen wird, und je nach Ziel der Stromversorgung, wie oben beschrieben, und der Betriebsmodus wird von der externen Ladesteuerung 220 gesteuert, die mit dem externen Bordladegerät 210 verbunden ist.
Die externe Ladesteuerung 220 kann das externe Bordladegerät 210 steuern, den Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 über die Kommunikationsvorrichtung 130 des Ladegeräts 100 an den Controller 120 senden oder eine entsprechende Steuerung des Verbindungszustands der Schalteinheit anfordern und eine Anforderung zur Änderung des Betriebsmodus von dem Controller 120 empfangen.
Darüber hinaus kann die externe Ladesteuerung 220 feststellen, ob das externe Bordladegerät 210 die Systemstromversorgung 10 oder den externen Verbraucher 20 mit Strom versorgen kann und ob das externe Bordladegerät 210 von der Systemstromversorgung 10 zugeführten Strom aufnehmen kann, wenn voreingestellte Bedingungen erfüllt sind, und den Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 auf Grundlage des Bestimmungsergebnisses ändern. Hierbei können die voreingestellten Bedingungen in einem Fall erfüllt sein, in dem eine Betriebsmodus-Änderungsanforderung von dem Controller 120 über die Kommunikationsvorrichtung 130 empfangen wird, in einem Fall, in dem die Schalteinheit 115 einen bestimmten Verbindungszustand hat, in einem Fall, in dem eine Kommunikationsverbindung mit der Kommunikationsvorrichtung 130 hergestellt ist, usw. Zum Beispiel kann die externe Ladesteuerung 220 bestimmen, ob das externe Bordladegerät 120 den externen Verbraucher 20 mit Strom versorgen kann, wenn der Verbindungszustand der Schalteinheit 115 bewirkt, dass der erste Anschluss 111 von dem zweiten Anschluss 112 und dem dritten Anschluss 113 getrennt ist. Wenn bestimmt wird, dass das externe Bordladegerät 210 den externen Verbraucher 20 mit Strom versorgen kann, kann der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 in den Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers 20 verändert werden.
Ferner kann anhand des Ladezustands (SOC) der externen Batterie 230 oder des normalen Betriebs des externen Ladegeräts 210 an Bord bestimmt werden, ob Strom zugeführt werden kann. Wenn die externe Batterie 230 in einem Elektrofahrzeug vorhanden ist, kann zudem eine reservierte Abfahrts-/Ankunftszeit des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Wenn zum Beispiel der SOC der Batterie unter einem voreingestellten Wert liegt, das externe Bordladegerät 210 sich in einem gestörten Zustand befindet, eine reservierte Abfahrtszeit des Fahrzeugs unter einer voreingestellten Zeit liegt usw., kann der externe Ladesteuerungsrechner 220 feststellen, dass das externe Bordladegerät 210 die Systemstromversorgung 10 oder den externen Verbraucher 20 nicht mit Strom versorgen kann.
Wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 verändert wird, kann die externe Ladesteuerung 220 den geänderten Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 über die Kommunikationsvorrichtung 130 an den Controller 120 senden oder eine entsprechende Steuerung des Verbindungszustands der Schalteinheit anfordern.
Außerdem kann die externe Ladesteuerung 220, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 der Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung 10 oder der Modus für die Aufnahme von Strom von der Systemstromversorgung 10 ist, eine Ausgangsstrom- und Phasensteuerung durch das externe Bordladegerät 210 derart durchführen, dass sie der Systemstromversorgung 10 entspricht. Wenn der Betriebsmodus der Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers 20 ist, kann die externe Ladesteuerung 220 eine Spannungs- und Frequenzsteuerung durch das externe Bordladegerät 210 derart durchführen, dass sie dem externen Verbraucher 20 entspricht.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können das externe Ladegerät 210, die externe Ladesteuerung 220 und die externe Batterie 230 als Komponenten eines Elektrofahrzeugs implementiert werden, und in diesem Fall kann die externe Ladesteuerung 220 als Fahrzeug-Lademanagementsystem (VCMS) implementiert sein.
1 und 2 veranschaulichen die Konfigurationen und Funktionen des Ladesystems und des Ladegeräts 100 in den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und ein ausführlicher Steuerprozess wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 3 bis 5B beschrieben.
3 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Betriebsprozesses des Ladegeräts bei einem Stromausfall in der Systemstromversorgung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Bezugnehmend auf 3 erkennt der Controller 120 zunächst, ob ein Stromausfall in der Systemstromversorgung 10 auftritt (S310). Im Falle eines Stromausfalls in der Systemstromversorgung 10 (Ja in S310) kann der Controller 120 anfordern, dass die externe Ladesteuerung 220 die Stromversorgung über die Kommunikationsvorrichtung 130 stoppt, und in diesem Fall kann er auch Informationen über das Auftreten des Stromausfalls senden (S320). Ferner kann der Controller 120 den Verbindungszustand der Schalteinheit 115 derart steuern, dass der zweite Anschluss 112 und der dritte Anschluss 113 verbunden sind, wenn ein Stromausfall in der Systemstromversorgung 10 auftritt. In diesem Fall kann der Controller 120 den Verbindungszustand der Schalteinheit 115 derart steuern, dass der erste Anschluss 111 von dem zweiten Anschluss 112 und dem dritten Anschluss 113 getrennt wird, und im Falle eines Stromausfalls der Systemstromversorgung 10 kann der Controller 120 den Verbindungszustand der Schalteinheit 115 derart steuern, dass die Verbindung der ersten bis dritten Anschlüsse 111 bis 113 getrennt wird (S330). Wenn die Verbindung der ersten bis dritten Anschlüsse 111 bis 113 getrennt wird, werden die Verbindungen zwischen der Systemstromversorgung 10, dem externen Verbraucher 20 und dem externen Bordladegerät 210 unterbrochen. Dementsprechend wird das Ladegerät 100 auch im Falle eines Stromausfalls der Systemstromversorgung 10 mit Strom versorgt, so dass das Phänomen des unabhängigen Betriebs nicht auftritt, wodurch Stromschlagunfälle, Schäden an dem externen Verbraucher 20 und dem externen Bordladegerät 210 und dergleichen verhindert werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Norm für den Anschluss an die Systemstromversorgung 10 zu erfüllen.
In einem Zustand, in dem die Verbindung des ersten bis dritten Anschlusses 111 bis 113 getrennt ist, kann der Controller 120 zudem den Verbindungszustand der Schalteinheit 115 derart steuern, dass der zweite Anschluss 112 und der dritte Anschluss 113 verbunden sind (S360), wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 der Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers 20 ist (Ja in S340). Wenn der zweite Anschluss 112 und der dritte Anschluss 113 miteinander verbunden sind, sind das externe Bordladegerät 210 und der externe Verbraucher 20 verbunden, und somit kann der externe Verbraucher 20 über das externe Bordladegerät 210 mit Strom versorgt werden. Danach kann der Controller 120 anfordern, dass die externe Ladesteuerung 220 den Betriebsmodus über die Kommunikationsvorrichtung 130 derart verändert, dass das externe Bordladegerät 210 die Stromversorgung des externen Verbrauchers 20 startet (S370). Wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 hingegen nicht der Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers 20 ist (Nein in S340), kann der Controller 120 die Schalteinheit 115 steuern, um den ersten Anschluss 111 und den zweiten Anschluss 112 zu verbinden (S350), so dass der externe Verbraucher 20 mit Strom versorgt werden kann, wenn der Stromausfall der Systemstromversorgung 10 wiederhergestellt ist.
3 ist ein Diagramm zur Beschreibung des Betriebsprozesses des Ladegeräts im Falle eines Stromausfalls der Systemstromversorgung. Der Betriebsablauf bei Wiederherstellung des Stromausfalls der Systemstromversorgung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
4 ist ein Diagramm zur Beschreibung des Betriebsprozesses des Ladegeräts, wenn ein Stromausfall der Systemstromversorgung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wiederhergestellt wird.
Bezugnehmend auf 4 kann der Controller 120 Informationen über die Wiederherstellung des Stromausfalls über die Kommunikationsvorrichtung 130 an die externe Ladesteuerung 220 senden, wenn der Stromausfall der Systemstromversorgung 10 wiederhergestellt ist (Ja in S410) und eine Unterbrechung der Stromversorgung anfordern (S420). Ferner kann der Controller 120 den Verbindungszustand der Schalteinheit 115 derart steuern, dass der erste Anschluss 111 und der zweite Anschluss 112 verbunden sind (S430).
Wenn der erste Anschluss 111 und der zweite Anschluss 112 verbunden sind, sind die Systemstromversorgung 10 und der externe Verbraucher 20 verbunden und somit kann der externe Verbraucher 20 Strom von der Systemstromversorgung 10 aufnehmen. Dann kann der Controller 120 den Verbindungszustand der Schalteinheit 115 derart steuern, dass alle der ersten bis dritten Anschlüsse 111 bis 113 verbunden sind (S460), wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 der Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung 10 oder der Modus zur Aufnahme von Strom ist, der von der Systemstromversorgung 10 zugeführt wird (S440). Wenn alle ersten bis dritten Anschlüsse 111 bis 113 verbunden sind, kann die Systemstromversorgung 10 den externen Verbraucher 20 mit Strom versorgen und das externe Bordladegerät 210 mit Strom versorgen oder Strom von dem externen Bordladegerät 210 aufnehmen. Wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 hingegen nicht der Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung 10 oder der Modus zur Aufnahme von Strom, der von der Systemstromversorgung 10 zugeführt wird, ist (Nein in S440), ist der Controller 120 nicht in der Lage, Strom durch das externe Bordladegerät 210 zuzuführen und aufzunehmen, und kann daher die Schalteinheit 115 derart steuern, dass der dritte Anschluss 113 von dem ersten Anschluss 111 und dem zweiten Anschluss 113 getrennt wird (S450) .
Die Funktionsweise des Ladegeräts wurde unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben, und der Betrieb des Ladesystems wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 5A und 5B beschrieben.
5A und 5B sind Diagramme zur Beschreibung des Betriebsprozesses des Ladesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Nachfolgend wird der Betriebsprozess des Ladesystems unter der Annahme beschrieben, dass das externe Ladegerät 210, der externe Ladesteuerungscontroller 220 und die externe Batterie 230 in einem Elektrofahrzeug implementiert sind und der externe Verbraucher 20 ein elektrischer Verbraucher in einem Haus ist.
Unter Bezugnahme auf 5A und 5B erkennt der Controller 120 zunächst einen Stromausfall der Systemstromversorgung (S502) in einem Zustand, in dem die ersten bis dritten Anschlüsse 111 bis 113 miteinander verbunden sind und somit die Systemstromversorgung 10 von dem Elektrofahrzeug mit Strom versorgt wird (V2G) oder das Elektrofahrzeug mit von der Systemstromversorgung 10 zugeführtem Strom aufgeladen wird (S501). Wenn ein Stromausfall der Systemstromversorgung 10 erkannt wird (Ja in S502), kann der Controller 120 Informationen über das Auftreten eines Stromausfalls über die Kommunikationsvorrichtung 130 an die externe Ladesteuerung 220 senden, und wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 der Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung 10 (d.h. V2G) ist, kann der Controller 120 eine Änderung des Betriebsmodus anfordern, so dass die Stromversorgung gestoppt wird (S503). Wenn die externe Ladesteuerung 220 die Anforderung zur Änderung des Betriebsmodus aufnimmt, verändert er den Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 derart, dass die Stromversorgung gestoppt wird (S504).
Wenn die Stromversorgung durch das externe Ladegerät 210 gestoppt wird, schaltet der Controller 120 den ersten Schalter SW1 und den zweiten Schalter SW2 aus, so dass die Verbindungen zwischen den ersten und dritten Anschlüssen 111 bis 113 getrennt werden (S505). Wenn sowohl der erste Schalter SW1 als auch der zweite Schalter SW2 ausgeschaltet sind, bestimmt die externe Ladesteuerung 220, ob das externe Ladegerät 210 den externen Verbraucher 20 mit Strom versorgen kann (d.h. ob V2H möglich ist) (S506). Wenn das externe Bordladegerät 210 den externen Verbraucher 20 mit Strom versorgen kann (Ja in S506), verändert die externe Ladesteuerung 220 den Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 in den Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers 20 und fordert der Controller 120 auf, den Verbindungszustand der Schalteinheit 115 über die Kommunikationsvorrichtung 130 zu steuern (S509). Bei Empfang der Anforderung schaltet der Controller 120 den zweiten Schalter SW2 ein, so dass der zweite Anschluss 112 und der dritte Anschluss 113 verbunden sind (S510), und fordert die Stromversorgung über die Kommunikationsvorrichtung 130 an (S511). Danach versorgt das externe Bordladegerät 210 den externen Verbraucher 20 (d.h. V2H) entsprechend der Anforderung mit Strom (S512). Wenn hingegen bestimmt wird, dass das externe Bordladegerät 210 den externen Verbraucher 20 nicht mit Strom versorgen kann (Nein in S506), fordert die externe Ladesteuerung 220 den Controller 120 auf, die Steuerung des Verbindungszustands der Schalteinheit 115 über die Kommunikationsvorrichtung 130 zu beenden (S507), und der Controller 120, der die Anforderung erhalten hat, schaltet den ersten Schalter SW1 ein, so dass die Stromversorgung des externen Verbrauchers 20 gestoppt wird, bis der Stromausfall der Systemstromversorgung 10 wiederhergestellt ist (S508).
Wenn die Wiederherstellung der Stromversorgung des Systems 10 detektiert wird, während das externe Bordladegerät 210 den externen Verbraucher 20 (d.h. V2H) mit Strom versorgt (Ja in S513), sendet der Controller 120 Informationen zur Wiederherstellung der Stromversorgung über die Kommunikationsvorrichtung 130 an die externe Ladesteuerung 220 und fordert an, dass die externe Ladesteuerung 220 die Stromversorgung beendet (S514). Nach Empfang der Anforderung steuert die externe Ladesteuerung 220 das externe Bordladegerät 210 derart, dass das externe Bordladegerät 210 die Stromversorgung stoppt (S515). Darüber hinaus schaltet der Controller 120 den ersten Schalter SW1 ein, um den ersten mit dem dritten Anschluss zu verbinden (S516), so dass der externe Verbraucher 20 Strom von der Systemstromversorgung 10 aufnimmt und die Systemstromversorgung 10 und das externe Bordladegerät 210 verbunden sind, um eine V2G-Funktion oder das Laden des Fahrzeugs vorzubereiten.
In dem obigen Zustand bestimmt die externe Ladesteuerung 220, ob das externe Bordladegerät 210 Strom an die Systemstromversorgung 10 zuführen kann oder ob das externe Bordladegerät 210 Strom von der Systemstromversorgung 10 aufnehmen kann (S517). Wenn bestimmt wird, dass das externe Bordladegerät 210 Strom zuführen oder aufnehmen kann (Ja von S517), verändert die externe Ladesteuerung 220 den Betriebsmodus des externen Bordladegeräts 210 (S520), so dass Strom an die Systemstromversorgung 10 zugeführt werden kann (d.h. V2G) oder das Elektrofahrzeug geladen werden kann (S521). Wenn hingegen bestimmt wird, dass das externe Bordladegerät 210 keinen Strom zuführen oder empfangen kann (Nein in S517), fordert die externe Ladesteuerung 220 an, dass der Controller 120 den Verbindungszustand der Schalteinheit 115 über die Kommunikationsvorrichtung 130 steuert (S518), und der Controller 120 schaltet den zweiten Schalter SW2 aus, um die Verbindung des externen Bordladegeräts 210 mit der Systemstromversorgung 10 und dem externen Verbraucher 20 zu trennen (S519).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, Stromversorgungsverfahren als Reaktion auf eine Änderung einer Stromversorgungsquelle oder eines Stromversorgungsziels effektiv umzuschalten.
Darüber hinaus ist es möglich, im Falle eines Stromausfalls der Systemstromversorgung Strom über das externe Ladegerät zuzuführen, um den Stromausfall effektiv zu bewältigen, und es ist möglich, den Strom innerhalb eines Stromversorgungssystems, das aus verschiedenen Versorgungsquellen und Versorgungszielen gebildet ist, effizient zu nutzen.
Insbesondere ist es möglich, durch die Nutzung eines bestehenden Bordladegeräts, das in ein Elektrofahrzeug eingebaut ist, die Benutzerfreundlichkeit des Bordladegeräts und eines Fahrzeugs, das dieses enthält, zu verbessern.
Die Wirkungen, die in der vorliegenden Offenbarung erzielt werden können, sind nicht auf die oben genannten Wirkungen beschränkt, und andere Wirkungen, die nicht erwähnt werden, können von einem Fachmann auf dem Gebiet verfügen, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, anhand der nachstehenden Beschreibung klar verstanden werden.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zur Veranschaulichung offenbart wurden, wird ein Fachmann erkennen, dass verschiedene Änderungen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Schutzumfang und Grundgedanken der Offenbarung, wie in den beigefügten Ansprüchen offenbart, abzuweichen.

Claims

Ladegerät, aufweisend: eine Anschlussdose mit einem ersten Anschluss, der mit einer Systemstromversorgung verbunden ist, einem zweiten Anschluss, der mit einem externen Verbraucher verbunden ist, einem dritten Anschluss, der mit einem externen Bordladegerät verbunden ist, und einer Schalteinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie selektiv zumindest zwei der ersten bis dritten Anschlüsse verbindet; und einen Controller, der derart konfiguriert ist, dass er einen Verbindungszustand der Schalteinheit auf Grundlage dessen, ob ein Stromausfall in der Systemstromversorgung auftritt, und auf Grundlage eines Betriebsmodus des externen Bordladegeräts steuert.
Ladegerät gemäß Anspruch 1, wobei die Anschlussdose Wechselstrom von der Systemstromversorgung über den ersten Anschluss aufnimmt und den Wechselstrom auf Grundlage des Verbindungszustands der Schalteinheit an den externen Verbraucher und/oder das externe Bordladegerät zuführt, oder Wechselstrom von dem externen Bordladegerät über den dritten Anschluss aufnimmt und den Wechselstrom auf Grundlage des Verbindungszustands der Schalteinheit an die Systemstromversorgung und/oder den externen Verbraucher zuführt.
Ladegerät gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine Kommunikationsvorrichtung, die derart konfiguriert ist, dass sie mit einer externen Ladesteuerung kommuniziert, die mit dem externen Bordladegerät verbunden ist, wobei der Controller einen Betriebsmodus des externen Bordladegeräts oder eine dem Betriebsmodus entsprechende Verbindungszustandsänderungsanforderung von der externen Ladesteuerung über die Kommunikationsvorrichtung empfängt, oder anfordert, dass die externe Ladesteuerung den Betriebsmodus des externen Bordladegeräts verändert.
Ladegerät gemäß Anspruch 3, wobei der Controller den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuert, dass der zweite Anschluss und der dritte Anschluss miteinander verbunden sind, wenn ein Stromausfall in der Systemstromversorgung auftritt.
Ladegerät gemäß Anspruch 4, wobei der Controller den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuert, dass die Verbindungen des ersten bis dritten Anschlusses alle getrennt werden, wenn ein Stromausfall in der Systemstromversorgung auftritt, und zudem den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuert, dass der zweite Anschluss und der dritte Anschluss verbunden sind, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts ein Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers ist.
Ladegerät gemäß Anspruch 5, wobei der Controller zudem den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuert, dass der erste Anschluss und der zweite Anschluss verbunden sind, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts nicht der Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers ist.
Ladegerät gemäß Anspruch 4, wobei der Controller anfordert, dass die externe Ladesteuerung den Betriebsmodus über die Kommunikationsvorrichtung derart verändert, dass das externe Bordladegerät die Stromversorgung unterbricht, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts ein Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung ist.
Ladegerät gemäß Anspruch 4, wobei der Controller anfordert, dass die externe Ladesteuerung den Betriebsmodus über die Kommunikationsvorrichtung derart verändert, dass das externe Bordladegerät die Stromversorgung startet, wenn der zweite Anschluss und der dritte Anschluss verbunden sind, indem der Verbindungszustand der Schalteinheit gesteuert wird.
Ladegerät gemäß Anspruch 3, wobei der Controller den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuert, dass der erste Anschluss und der zweite Anschluss zum Zeitpunkt der Wiederherstellung des Stromausfalls der Systemstromversorgung verbunden sind.
Ladegerät gemäß Anspruch 9, wobei der Controller den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuert, dass der erste Anschluss und der dritte Anschluss verbunden sind, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts ein Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung oder ein Modus zur Aufnahme von Strom von der Systemstromversorgung zum Zeitpunkt der Wiederherstellung des Stromausfalls der Systemstromversorgung ist.
Ladegerät gemäß Anspruch 9, wobei der Controller den Verbindungszustand der Schalteinheit derart steuert, dass der erste Anschluss und der dritte Anschluss voneinander getrennt werden, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts weder dem Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung noch dem Modus zur Aufnahme von Strom von der Systemstromversorgung während der Wiederherstellung des Stromausfalls entspricht.
Ladegerät gemäß Anspruch 9, wobei der Controller anfordert, dass die externe Ladesteuerung den Betriebsmodus über die Kommunikationsvorrichtung derart verändert, dass das externe Bordladegerät die Stromversorgung stoppt, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts ein Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers zum Zeitpunkt der Wiederherstellung des Stromausfalls der Systemstromversorgung ist.
Ladegerät gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schalteinheit aufweist: einen ersten Schalter; und einen zweiten Schalter, und wobei ein Ende des ersten Schalters mit dem ersten Anschluss verbunden ist, das andere Ende mit einem Ende des zweiten Schalters verbunden ist, das andere Ende des zweiten Schalters mit dem dritten Anschluss verbunden ist und der zweite Anschluss zwischen dem anderen Ende des ersten Schalters und einem Ende des zweiten Schalters angeschlossen ist.
Ladegerät gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend: einen Wandler, der derart konfiguriert ist, dass er über den ersten Anschluss und/oder den dritten Anschluss zugeführten Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt; und eine Batterie, die derart konfiguriert ist, dass sie den durch den Wandler umgewandelten Gleichstrom speichert, wobei die Anschlussdose ferner einen vierten Anschluss aufweist, der mit dem Wandler verbunden ist und selektiv zumindest zwei der ersten bis vierten Anschlüsse verbindet.
Ladesystem, aufweisend: ein externes Bordladegerät, das derart konfiguriert ist, dass es Strom an eine Systemstromversorgung zuführt oder Strom von der Systemstromversorgung aufnimmt; eine externe Ladesteuerung, die derart konfiguriert ist, dass sie das externe Bordladegerät steuert; und ein Ladegerät, das eine Anschlussdose mit einem ersten Anschluss, der mit einer Systemstromversorgung verbunden ist, einem zweiten Anschluss, der mit einem externen Verbraucher verbunden ist, einem dritten Anschluss, der mit dem externen Bordladegerät verbunden ist, und einer Schalteinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie selektiv zumindest zwei der ersten bis dritten Anschlüsse verbindet, sowie einen Controller aufweist, der derart konfiguriert ist, dass er einen Verbindungszustand der Schalteinheit auf Grundlage dessen, ob ein Stromausfall in der Systemstromversorgung auftritt, und auf Grundlage eines Betriebsmodus des externen Bordladegeräts steuert.
Ladesystem gemäß Anspruch 15, wobei das Ladegerät ferner eine Kommunikationsvorrichtung aufweist, die für die Kommunikation mit der externen Ladesteuerung konfiguriert ist, wobei der Controller einen Betriebsmodus des externen Bordladegeräts von dem externen Ladesteuerung über die Kommunikationsvorrichtung empfängt oder anfordert, dass die externe Ladesteuerung den Betriebsmodus des externen Bordladegeräts verändert.
Ladesystem gemäß Anspruch 16, wobei die externe Ladesteuerung bestimmt, ob das externe Bordladegerät in der Lage ist, Strom an den externen Verbraucher zuzuführen, und/oder ob das externe Bordladegerät in der Lage ist, Strom an die Systemstromversorgung zuzuführen, und/oder ob das externe Bordladegerät in der Lage ist, Strom von der Systemstromversorgung aufzunehmen, wenn vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind, und den zu ändernden Betriebsmodus des externen Bordladegeräts auf Grundlage eines Bestimmungsergebnisses steuert.
Ladesystem gemäß Anspruch 17, wobei, wenn der Betriebsmodus des externen Bordladegeräts geändert wird, die externe Ladesteuerung den geänderten Betriebsmodus des externen Bordladegeräts über die Kommunikationsvorrichtung an den Controller sendet oder eine Steuerung des Schaltverbindungszustands entsprechend dem geänderten Betriebsmodus anfordert.
Ladesystem gemäß Anspruch 17, wobei die externe Ladesteuerung auf Grundlage eines Ladezustands (SOC) einer externen Batterie, die an das externe Bordladegerät angeschlossen ist, und/oder auf Grundlage dessen, ob das externe Bordladegerät normal arbeitet, bestimmt, ob Strom an den externen Verbraucher oder die Systemstromversorgung zugeführt werden kann.
Ladesystem gemäß Anspruch 15, wobei, wenn der Betriebsmodus ein Modus zur Stromversorgung der Systemstromversorgung oder ein Modus zur Aufnahme von Strom von der Systemstromversorgung ist, die externe Ladesteuerung eine Ausgangsstrom- und Phasensteuerung durch das externe Bordladegerät derart durchführt, dass sie der Systemstromversorgung entspricht, und wenn der Betriebsmodus ein Modus zur Stromversorgung des externen Verbrauchers ist, die externe Ladesteuerung eine Spannungs- und Frequenzsteuerung durch das externe Bordladegerät derart durchführt, dass sie dem externen Verbraucher entspricht.