KR20190026845A - 차량 전기 시스템, 충전 시스템, 충전소 및 전기 에너지를 송신하기 위한 방법 - Google Patents

차량 전기 시스템, 충전 시스템, 충전소 및 전기 에너지를 송신하기 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190026845A
KR20190026845A KR1020197003503A KR20197003503A KR20190026845A KR 20190026845 A KR20190026845 A KR 20190026845A KR 1020197003503 A KR1020197003503 A KR 1020197003503A KR 20197003503 A KR20197003503 A KR 20197003503A KR 20190026845 A KR20190026845 A KR 20190026845A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
energy storage
storage device
bypass switch
control unit
Prior art date
Application number
KR1020197003503A
Other languages
English (en)
Inventor
프란츠 파일쉬프터
필립 브로커호프
마틴 브륄
폴-마르쿠스 슈바이처-베르베리히
마티아스 퇸스
에드문트 셔머
Original Assignee
콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 filed Critical 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Publication of KR20190026845A publication Critical patent/KR20190026845A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/11—DC charging controlled by the charging station, e.g. mode 4
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B60L53/16—Connectors, e.g. plugs or sockets, specially adapted for charging electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/66—Data transfer between charging stations and vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0027—
    • H02J7/0052—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/527—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y02T10/7005—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 전기 에너지 저장 장치(10, 110), DC-DC 컨버터(DCDC, 20) 및 직류 전류 송신 연결부(DC+, DC-)를 포함하는 차량 전기 시스템(FB)에 관한 것이다. 직류 전류 송신 연결부(DC+, DC-)는 DC-DC 컨버터(DCDC; 20)에 의해 에너지 저장 장치(ES)에 연결된다. 차량 전기 시스템은 또한 전기 에너지 저장 장치(10, 110)를 직류 전압 송신 연결부(DC+, DC-)에 스위칭 가능하게 연결하는 바이패스 스위치(40, 40 λ)를 갖는다. 본 발명은 또한 방법, 충전 시스템, 충전소 및 추가의 차량 전기 시스템에 관한 것이다.

Description

차량 전기 시스템, 충전 시스템, 충전소 및 전기 에너지를 송신하기 위한 방법
전기 드라이브를 갖는 자동차, 즉, 전기 차량 및 하이브리드 차량은 전기 드라이브에 전력을 공급하기 위한 전기 에너지 저장 장치(electrical energy store)를 포함한다. 전기 자동차 및 플러그인 하이브리드(plug-in hybrid)는 에너지 저장 장치를 충전하는 목적을 위하여 고정식 전기 공급 시스템(로컬 또는 공용)으로부터 에너지 저장 장치로 전력을 송신할 수 있는 단자가 장비된다. 필요하다면, 차량은 공급 시스템으로 다시 전력을 공급할 수 있도록 갖추어진다.
공급 시스템과 차량 사이에 전력을 송신하는 것은 특히 전력의 송신을 제어하기 위한 전력 전자 구성 요소를 필요로 한다. 특히, 높은 충전 전력 레벨의 경우에, 예를 들어, 특히 신속하게 충전하기 위해 고가의 구성 요소가 필요하다.
본 발명의 목적은 이러한 구성 요소들에 대한 지출을 감소시키거나 또는 전력 전자 기기에서의 감소된 지출과 함께 높은 충전 전력 레벨을 달성할 수 있게 하는 가능한 방법을 지정하는 것이다.
이러한 목적은 독립항의 요지에 의해 달성된다. 추가적인 장점, 특징, 실시예 및 특성은 종속항 및 상세한 설명 및 도면으로부터 얻어진다.
차량 전기 시스템에서, 충전 공정 동안, 에너지 저장 장치에 직접 공급되는데 적합한 역변환 장치(power inverter)에 전압이 인가되면, 전기 에너지 저장 장치를 직류 전류 송신 연결부(direct current transmission connection)(이하 DC 플러그인으로서 지칭됨)에 연결하는 직류 전압 컨버터(direct voltage converter)(이하, DCDC 컨버터로 지칭됨)를 바이패스하는 것이 제안된다(즉, 에너지 저장 장치의 부하 한계가 초과되지 않는다). 바꾸어 말하면, 예를 들어, 에너지 저장 장치의 과도하게 낮은 충전 상태 또는 과도하게 낮은 전압의 경우에, 전력은 특히 DC 플러그인의 전압을 에너지 저장 장치를 위한 (낮은) 전압으로 적응시키기 위하여 DCDC 컨버터를 경유하여 송신된다. 에너지 저장 장치의 전압 또는 충전의 상태가 (예를 들어, 공급 네트워크의 발진 전압(oscillating voltage)의 정류로부터 기인하는) DC 플러그인에서의 전압에 충분히 적응되면, 충전 에너지는 더이상 DCDC 컨버터를 경유하여 송신되지 않고, 오히려 DC 플러그인으로부터 배터리로 직접 송신된다. 이러한 것은 DCDC 컨버터가 바이패스되면, 즉, (DCDC 컨버터와 병렬로) 바이패스 스위치가 폐쇄되면 가능하게 된다. 이러한 것은 또한 충전소에도 적용될 수 있다.
그 결과, 예를 들어, 트랙션(traction)을 위해 사용되는 직류 전압 컨버터(DCDC 컨버터)는 차량 내에서 충전하기 위해 또한 사용될 수 있다. 트랙션 전력(traction power)이 충전 전력에 비교하여 낮으면, 더욱 높은 충전 전력을 위한 DCDC 컨버터를 구성할 필요가 없다. 대신에, 높은 충전 전력 레벨을 달성하기 위해, (차량 및/또는 충전소의 바이패스 스위칭 디바이스에 있는) 바이패스 스위치는 폐쇄된다. 이러한 것은 플러그인 전압이 본질적으로 에너지 저장 장치 전압에 대응하는 범위에서 수행될 수 있으며, 그 결과, 스위치가 폐쇄되면, 높은 스위칭 전류가 만들어지지 않거나 또는 에너지 저장 장치가 과부하된다. 충전소에서의 DCDC 컨버터는 에너지 저장 장치 전압으로부터의 편차가 사전 한정된 크기보다 낮을 때까지 충전소에 의해 출력되는 전압을 증가시키도록 우선 사용될 수 있다. 이 시점으로부터 시작하여, 충전소의 DCDC 컨버터를 바이패스하는 스위치는 폐쇄되고, 충전은 비교적 높은 전력으로 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 충전소의 DCDC 컨버터는 급속 충전 공정이 스위치가 폐쇄된 상태에서 수행되기 때문에 비교적 낮은 전력 레벨로 또한 구성될 수 있다. 차량 전기 시스템의 DCDC 컨버터를 바이패스하는 스위치는 바이패스 스위치로서 지칭된다. 구별의 목적을 위해, DCDC 컨버터를 바이패스하는 스위치는 동의어로, 즉, 바이패스 스위칭 디바이스로서 명명된다.
본 명세서에서 설명된 절차의 개념은 전기 에너지를 송신하기 위한 방법으로 표현된다. 에너지는 차량 전기 시스템의 직류 전압 컨버터를 경유하여 차량 전기 시스템의 에너지 저장 장치와 충전소 사이에서 송신된다. 대안적으로, 에너지는 충전소의 고정식 직류 전압 컨버터를 경유하여 에너지 저장 장치와 충전소 사이에서 송신된다. 또한, 에너지는 양 직류 전압 컨버터를 경유하여 송신될 수 있다.
직류 전압 컨버터 또는 직류 전압 컨버터들은 각각의 전압 컨버터 양단의 전압이 사전 한정된 크기보다 낮으면 바이패스된다. 전압차는, 특히 (차량측 직류 전압 컨버터의 경우에) 직류 전압 컨버터가 직접 연결되거나 또는 (충전소측 직류 전압 컨버터의 경우에) 직류 전압 컨버터가 간접적으로 연결된 에너지 저장 장치의 개방 회로 전압(open-circuit voltage)과 관련된다.
직류 전압 컨버터 또는 컨버터들은 에너지 저장 장치로부터 멀어지게 향하는 각각의 전압 컨버터의 측면에 존재하는 전압과 에너지 저장 장치의 개방 회로 전압 사이의 전압차가 사전 한정된 크기보다 낮으면 바이패스된다. 전압차가 사전 한정된 크기보다 낮은지 아닌지를 결정하기 위하여, 전압차의 값은 크기와 비교될 수 있다. 특히, 전압차는 에너지 저장 장치의 개방 회로 전압에서 전술한 바와 같이 전압 컨버터에 존재하는 전압을 뺀 것에 일치한다. 개방 회로 전압은, 배터리 관리 유닛 등의 문의(interrogation)에 의해, 본질적으로 0인 전류의 경우에 전압 측정에 의해, 상이한 전류의 경우에 전압 측정 및 관련 전류 측정에 의해, 측정될 수 있다.
특히, 에너지는 충전소의 인버터를 경유하여 송신되며, 이러한 인버터는 고정식 공급 교류 네트워크와 충전소의 직류 전류 컨버터 사이에 연결된다. 에너지는 차량 전기 시스템(충전) 또는 이로부터 떨어진 곳(피드백)으로 송신될 수 있다. 바람직하게는, 송신은 추후에 바이패스되는 컨버터 양단의 전압차(특히 에너지 저장 장치의 개방 회로 전압에 대하여)가 사전 한정된 크기보다 낮을 때까지 초기에 수행되고, 이러한 크기는 바이패스를 수행하는 스위치의 최대 허용 가능한 스위칭 전력(switching power)보다 높지 않은 스위칭 전력에 대응한다. 에너지 저장 장치의 전압 상태는 차량 전기 시스템으로부터 데이터 신호로서 충전소로 송신될 수 있으며, 전압 상태는 에너지 저장 장치의 개방 회로 전압 또는 단자 전압(또는 충전의 상태)을 특징으로 할 수 있다. 또한, 고장 신호는 차량 전기 시스템으로부터 충전소로 송신될 수 있으며, 고장 신호는 상기 컨버터의 전압 상태와 관계없이, 충전소의 컨버터에서 발생하는 바이패스 동작을 종료시킨다. 바이패스 동안, 컨버터들 또는 컨버터는 바람직하게는 비활성이다.
아울러, 전기 에너지 저장 장치, 직류 전압 컨버터(DCDC 컨버터), 및 직류 전류 송신 연결부(DC 플러그인)를 갖는 차량 전기 시스템이 설명된다. DC 플러그인은 DCDC 컨버터를 경유하여 에너지 저장 장치에 연결된다. DCDC 컨버터는 DC 플러그인을 에너지 저장 장치에 연결한다.
차량 전기 시스템은 바이패스 스위치를 갖는다. 바이패스 스위치는 스위칭 가능한 방식으로 에너지 저장 장치를 DC 플러그인에 연결한다. 특히, 바이패스 스위치는 DCDC 컨버터와 병렬로 그리고/또는 DCDC 컨버터의 측면들과 병렬로 연결된다. 바이패스 스위치는 전압 변환이 그 사이에서 일어나는, DCDC 컨버터의 2개의 측면을 연결한다. 즉, 바이패스 스위치는 DCDC 컨버터를 (스위칭 가능한 방식으로) 바이패스한다.
DC 플러그와 에너지 저장 장치 사이의 직접 연결이 에너지 저장 장치의 부하 한계를 초과하지 않는 에너지의 흐름을 발생시키면, 폐쇄 상태에서 바이패스 스위치를 작동시키는 제어 유닛이 제공된다. 이러한 것을 고려하는 또 다른 방법은, 바이패스 스위치의 폐쇄가 (스위칭 전류에 의해) 사전 한정된 스위칭 전류 크기보다 낮은 바이패스 스위치의 로딩을 유발하여야만 바이패스 스위치가 폐쇄되는 것이다. 특히, 바이패스 스위치는 DCDC 컨버터 양단의 전압차(즉, 에너지 저장 장치, 특히 그 개방 회로 전압에서의 전압과 DC 플러그의 전압 사이의 차이)가 본질적으로 0일 때에만 폐쇄된다. 그러므로, 바이패스의 스위칭된 상태에 대한 결정은 (폐쇄 동안) 바이패스 스위치의 에너지 저장 장치의 로딩에 기초할 수 있다. 특히, 바이패스 스위치는 DC 플러그와 에너지 저장 장치 사이의 직접 연결이 에너지 저장 장치의 부하 한계를 초과하지 않는 에너지의 흐름을 발생시킬 때에만 폐쇄된다.
부하 한계에 도달했는지 아닌지에 대한 평가는 바람직하게는 에너지 저장 장치의 전압과 DC 플러그인에서의 전압 사이의 전압차에 기초한다. 이러한 것은 DCDC 컨버터 양단의 전압, 즉, DCDC 컨버터의 측면들 사이의 전압차에 대응한다. 이러한 것은 특히 각각의 DCDC 컨버터의 한쪽 측면에 직접 또는 간접적으로 연결된 에너지 저장 장치의 개방 회로 전압과 관련된다. 이러한 것이 단자 전압과 관련되면, 바이패싱 스위치의 스위칭 전력 레벨 또는 스위칭 전류가 사전 한정된 스위칭 전력 레벨보다 낮거나 또는 사전 한정된 최대 스위칭 전류보다 낮은 효과가 있도록, 흐르는 전류가 고려된다. 상기 스위칭 전력 레벨 또는 스위칭 전류가 사전 결정된 크기보다 낮으면, 부하 한계가 초과되지 않았으며 및/또는 바이패스 스위치로의 최대 스위칭 전류가 초과되지 않은 것으로 가정한다. 그렇지 않으면, 부하 한계가 바이패스 스위치의 폐쇄에 의해 또는 폐쇄된 바이패스 스위치에 의해 초과된 것으로 가정한다. 부하 한계는 바이패스 스위치 또는 에너지 저장 장치와 관련될 수 있다.
그러므로, 충전 공정은 다음과 같이 차량 전기 시스템에 의해 수행될 수 있다: 에너지 저장 장치의 전압 상태가 사전 한정된(허용 가능한) 편차 크기보다 크게 DC 플러그인에서의 전압으로부터 벗어나면 DCDC 컨버터를 경유한 에너지 저장 장치의 충전. 아울러, 특정 변수들 사이의 편차가 사전 한정된 크기보다 크지 않으면, 바이패스 스위치를 경유한 에너지 저장 장치의 충전(또는 바이패스 스위치의 폐쇄)이 제공된다. 특히, 에너지 저장 장치가 교류 전압(alternating voltage)을 정류하는 것으로부터 기인하는 거의 직류 전압(direct voltage)(단자 전압 또는 개방 회로 전압)을 가지면, 바이패스 스위치는 폐쇄된다.
고정식 직류 전압 컨버터가 충전소에 위치되면, 이러한 것이 에너지 저장 장치 또는 바이패스가 수행된 스위치의 부하 한계가 초과되지 않도록 하면, 고정식 직류 전압 컨버터는 또한 바이패스될 수 있다.
바이패스 스위치를 경유한 에너지 저장 장치의 충전은 바람직하게는 DCDC 컨버터를 경유한 에너지 저장 장치의 충전보다 높은 전력 레벨로 수행된다. 2개의 전력 레벨은 2:1, 3:1 또는 4:1의 비를 가질 수 있다. 다시 말해, DCDC 컨버터는 에너지 저장 장치의 최대 충전 전력보다 낮은 전력 레벨, 예를 들어, 에너지 저장 장치 또는 충전소 내의 인버터의 최대 충전 전력 레벨의 10%, 15%, 20%보다 크지 않거나 또는 그렇지 않으면 40%, 50% 또는 60%보다 크지 않은 전력 레벨을 위해 구성될 수 있다. 전력 레벨의 이러한 구성은 차내 전기 시스템(on-board electrical system) 내의 DCDC 컨버터, 충전소 내의 DCDC 컨버터 또는 둘 모두에 적용될 수 있다. 차내 전기 시스템 내의 DCDC 컨버터는 충전소 내의 DCDC 컨버터와 다른 값이 사용될 수 있다.
차내 전기 시스템 컨버터의 DCDC 컨버터는 에너지 저장 장치의 최대 충전 전력 레벨보다 낮은 공칭 전력 레벨을 가질 수 있다. 차내 전기 시스템 컨버터의 DCDC 컨버터는 에너지 저장 장치의 최대 충전 전력의 10%, 15%, 20%보다 크지 않거나 또는 그렇지 않으면 40%, 50% 또는 60%보다 크지 않은 공칭 전력 레벨을 가질 수 있다.
충전소의 DCDC 컨버터는 충전소의 인버터의 공칭 전력 레벨보다 낮은 공칭 전력 레벨을 가질 수 있다. 충전소의 DCDC 컨버터는 충전소의 인버터의 공칭 전력 레벨의 10%, 15%, 20%보다 크지 않거나 또는 그렇지 않으면 40%, 50% 또는 60%보다 크지 않은 공칭 전력 레벨을 가질 수 있다.
바이패스 스위치는 적어도 에너지 저장 장치의 최대 전력 레벨 또는 최대 전류에 대응하거나, 또는 특히 최대 전력 레벨 또는 전류보다 적어도 20%, 또는 그렇지 않으면 40% 큰 전력 레벨 또는 전류를 위해 구성된다. 이러한 것은 스위칭이 수행되지 않는 상태, 즉, 바이패스 스위치의 연속 부하에 대해 적용되고 스위칭 전력 레벨에 대해 적용되지 않는다.
전기 기계(electrical machine)를 DCDC 컨버터에 연결하는 역변환 장치가 차량 전기 시스템에 제공될 수 있다. 그러므로, 주행 모드에서, 전기 기계는 DCDC 컨버터 및 역변환 장치를 경유하여(이러한 순서대로) 에너지 저장 장치로부터 에너지가 공급될 수 있다.
DCDC 컨버터는 특히 동기 변류기(synchronous converter)와 같은 스텝업 컨버터(step-up converter)이다. 에너지 저장 장치는 특히 (즉, 60V, 120V, 240V, 360V 또는 380V의 공칭 전압을 갖는) 고전압 저장 장치, 예를 들어, 고전압 축전지이다. 에너지 저장 장치는 특히 리튬 기반 축전지(예를 들어, 리튬 이온 축전지)이다. 에너지 저장 장치는 바람직하게는 축전지이거나, 또는 달리 말하면 에너지 저장 장치의 에너지 저장 유닛으로서 서로 연결되는 갈바니 전지의 스택(특히 2차 전지)을 포함한다. 전기 에너지 저장 장치는 특히 축전지, 예를 들어, 리튬 기반 축전지(예를 들어, 리튬 이온 축전지)이다. 전기 에너지 저장 장치는 트랙션 저장 배터리 (traction storage battery)일 수 있다. 에너지 저장 장치는 40 내지 60V, 특히 48V의 정격 전압을 가질 수 있으며, 특히 100볼트보다 큰, 특히 적어도 200 또는 300V, 예를 들어, 350 내지 420V의 정격 전압을 가질 수 있다. 전기 기계는 특히 3상 기계이다. 전기 기계는 다상, 특히 3상 또는 6상을 갖는다. 전기 기계는 별개로 여기되거나, 또는 영구적으로 여기된 전기 기계일 수 있다. 전기 기계가 별형 지점(star point)을 가지며; 다른 구성이 전기 기계의 삼각형 구성을 제공하는 준비가 있을 수 있다. 포지티브 레일(positive rail)은 별형 지점을 경유하여 (역변환 장치의) 상 전류 단자에 연결될 수 있다.
DC 송신 단자는 차량의 외부 구조에 끼워질 수 있는 플러그인 입구, 즉, 전기 기계적 플러그 연결 소자를 포함할 수 있다. DC 송신 단자는 충전 플러그(또는 보다 일반적으로: 플러그 커넥터)에 연결되도록 구성된다.
바이패스 스위치를 작동시키는 제어 유닛이 제공될 수 있다. 아울러, 이러한 제어 유닛, 또는 직류 전압 컨버터 및 적절하면 역변환 장치를 작동시키는 추가의 제어 유닛을 제공하는 것이 가능하다. 제어 유닛은 바이패스 스위치에, 특히, 직류 전압 컨버터에 작동 방식으로 연결된다. 제어 유닛의 반전 모드(inversion mode)에서, 역변환 장치는 에너지 저장 장치의 DC 전압으로부터 상 단자에 존재하는 상 전압을 발생시키도록 작동된다. (선택적인) 회복 모드에서, 제어 유닛은 상 단자에서의 상 전압으로부터 에너지 저장 장치에서 충전 전압을 만들도록 역변환 장치를 작동시킨다. (선택적인) 피드백 모드에서, 제어 유닛은 차량 전기 시스템의 에너지 저장 장치에 존재하는 전압으로부터 직류 전압 송신 단자(direct voltage transmission terminal)에서 피드백 전압을 만들도록 역변환 장치를 작동시킨다.
충전 모드에서, 제어 유닛은 직류 전압 송신 단자에 존재하는 전압으로부터 에너지 저장 장치에서 충전 전압을 만들도록 DCDC 컨버터를 작동시킨다. 이러한 것은 바이패스 스위치가 개방되면 제어 유닛에 의해 수행된다. 폐쇄된 상태에서, 제어 유닛은, 전류가 DCDC 컨버터를 통해 흐르지 않는 방식으로 (예를 들어, DCDC 컨버터의 모든 스위치를 개방한 결과로서) DCDC 컨버터를 작동시키지 않거나, 또는 DCDC 컨버터를 작동시킨다.
DCDC 컨버터는 반도체 스위치 또는 스위칭 소자를 갖는다. 이러한 것들은 바람직하게는 트랜지스터, 특히 전계 효과 트랜지스터 또는 바이폴라 트랜지스터, 예를 들어, MOSFET 또는 IGBT이다.
바이패스 스위치는 특히 차량 전기 시스템의 포지티브 레일에 위치될 수 있다. 이와 관련하여, DCDC 컨버터와 에너지 저장 장치는 공통 접지를 갖는다(그 결과, 바이패스 스위치는 포지티브 레일에서 스위칭하거나 바이패스한다).
DC 플러그인은 바람직하게는 DCDC 컨버터의 음 연결부(negative connection)에 연결된 음 전위(negative potential)를 갖는다. 직류 전압 송신 연결부(direct voltage transmission connection)는 직류 전압 컨버터의 양 연결부(positive connection)에 연결된 양 전위(positive potential)를 가질 수 있다. 바이패스 스위치는 바람직하게는 DCDC 컨버터의 양 연결부를 전기 에너지 저장 장치의 양극에 연결한다.
전술한 바와 같이, 차량 전기 시스템은 또한 제어 유닛을 갖는다. 이러한 것은 직류 전압 컨버터 및/또는 바이패스 스위치에 작동 방식으로 연결된다. 또한, 제어 유닛은 특히 에너지 저장 장치로부터의 신호, 예를 들어, 측정 신호, 상태 신호, 또는 이로부터 유도된 신호를 수신하기 위해 에너지 저장 장치에 연결된다. 제어 유닛은 에너지 저장 장치의 전압을 결정하도록 구성된다. 이러한 것은 특히 에너지 저장 장치가, 바이패스 스위치를 경유한 공급이 에너지 저장 장치 또는 바이패스 스위치의 과부하를 유발하지 않는 상태에 있는지를 나타낸다. 편차는 어떤 전력 레벨 또는 어떤 전류 또는 어떤 충전 전압이 에너지 저장 장치에 공급될 수 있는가의 척도, 특히 DC 플러그인이 바이패스 스위치를 경유하여 에너지 저장 장치에 직접 연결되었으면 (전류, 전압 또는 전력 레벨에 관하여) 초래되는 에너지 저장 장치의 부하 한계 또는 바이패스 스위치의 부하 한계(특히 최대 스위칭 전류)가 작동 지점으로부터 얼마의 범위까지인가에 대한 척도이다. 편차는 에너지 저장 장치의 부하 한계로부터의 거리를 나타내는 차이(margin)로서 나타낼 수 있다.
제어 유닛은 또한 직류 전류 송신 연결부에 연결되고, 그 전압을 결정하도록 구성된다. 제어 유닛은 이러한 목적을 위한 전압 측정 유닛 또는 데이터 입력부를 가질 수 있으며, 전압은 데이터 입력부를 통해 제어 유닛의 에너지 저장 장치의 배터리 관리 유닛으로부터의 값으로서 수신된다.
제어 유닛은 에너지 저장 장치의 전압 상태와 직류 전류 송신 연결부의 전압 사이의 편차를 결정하도록 또한 구성된다. 이를 위해, 제어 유닛은 이러한 목적을 위한 차이 형성 디바이스 또는 컴퓨팅 유닛을 가질 수 있다. 제어 유닛은 편차가 사전 한정된 크기보다 크지 않으면 (예를 들어, 대응하는 작동 신호를 출력하는 것에 의하여) 폐쇄 상태로 바이패스 스위치를 제공하도록 구성된다. 제어 유닛은 편차가 사전 한정된 크기보다 크면 바이패스 스위치를 개방 상태로 제공하도록 구성된다. 크기는 온도가 증가함에 따라서 사전 결정된 온도값으로부터 시작하여 강하될 수 있거나, 사전 결정된 추가의 온도 값 아래의 온도와 함께 강하될 수 있거나, 노화 증가와 함께 강하될 수 있거나, 내부 저항 감소와 함께 감소될 수 있거나, 또는 일정할 수 있다. 노화, 내부 저항 및 온도는 에너지 저장 장치 또는 바이패스 스위치 또는 바이패스 스위칭 소자와 관련된다.
제어 유닛은 또한 이러한 변수를 전압 상태로서 사용하기 위하여 (예를 들어, 측정된 에너지 저장 장치 전류에 기초하여) 에너지 저장 장치의 단자 전압으로부터 개방 회로 전압을 결정하도록 구성된다. 아울러, 제어 유닛은 (에너지 저장 장치의 배터리 관리 유닛으로부터 얻어진) 충전의 상태 및/또는 건강의 상태로부터 전압 상태(개방 회로 전압의 의미에서)를 결정하도록 구성될 수 있다. 이러한 추정 또는 예후(prognosis)에 기초하여, 바이패스 스위치는 특히 에너지 저장 장치의 부하 한계 또는 전류 흡수 용량(current absorption capacity)을 초과하지 않는 방식으로 작동된다.
전압 상태는 충전의 상태, 단자 전압, 개방 회로 전압 또는 최대 충전 전류를 나타내는 값의 형태로 표현될 수 있다. 제어 유닛은 이러한 값에 따라서 바이패스 스위치를 작동시키도록 구성된다.
또한, (차량 전기 시스템의) 제어 유닛은 임계값보다 높은 전류 흡수 용량의 경우에, 특히 설정값(setpoint value)에 대응하는 전류, 전압 또는 전력 레벨을 DC 플러그인에 출력하도록 구성된 충전소의 제어 유닛에 전류 값, 전압 값 또는 전력 값을 설정값으로서 송신하도록 구성될 수 있다. (차량 전기 시스템의) 제어 유닛은 임계값을 초과하지 않는 전류 흡수 용량의 경우에, 전류 값, 전압 값 또는 전력 값을 설정값으로서 직류 전압 인버터에 출력하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 제어 유닛은 에너지 저장 장치의 불충분한 전류 흡수 용량의 경우에(즉, 임계값이 초과되지 않으면, 또는 부하 한계가 폐쇄된 바이패스 스위치에 의해 초과되면), 충전 전력, 충전 전류 및/또는 충전 전압을 설정하기 위하여 차량 전기 시스템의 DCDC 컨버터를 작동시키도록 구성되며, 그렇지 않으면 고정식 제어 유닛에 의해 수신되어 설정값으로서 사용될 수 있는 제어 신호(즉, 설정값)를 출력하도록 구성된다. 그러므로, 바이패스 스위치가 폐쇄될 때, DCDC 컨버터(차량측)의 작동은 설정값에 따라서 제어 유닛에 의해 충전소의 작동 또는 충전소의 컨버터의 작동으로 변경된다. 차량 전기 시스템의 제어 유닛은 바이패스 스위치가 폐쇄되면(그러므로, 차량 전기 시스템의 DCDC 컨버터가 바이패스되는) 개방 상태에 따라서 차량 전기 시스템의 DCDC 컨버터의 스위치를 작동시키도록 구성된다.
제어 유닛은 또한 송신기 유닛을 가질 수 있다. 상기 송신기 유닛은 특히 충전소의 수신기 유닛으로 에너지 저장 장치의 전압 상태, 차량 전기 시스템의 바이패스 스위치의 편차 또는 스위칭된 상태를 송신하도록 구성된다.
사전 한정된 크기가 에너지 저장 장치(10)의 공칭 전압의 10%, 5%, 2% 또는 1%보다 크지 않은 준비가 있을 수 있다.
(차량 전기 시스템의) 제어 유닛은 특히 직류 전압 컨버터에 작동 방식으로 연결된다. 제어 유닛은 바이패스 스위치가 폐쇄될 때 직류 전압 컨버터를 (예를 들어, DCDC 컨버터의 개방된 스위칭 소자에 의해) 비활성 상태로 제공하도록 구성된다. 제어 유닛은 또한 바이패스 스위치가 개방될 때 DCDC 컨버터를 활성 상태로 제공하도록 구성된다. 이러한 것은 제어 유닛에 의한 DCDC 컨버터의 직접 작동에 의해, 또는 DCDC 컨버터의 스위칭 소자에 대한 스위칭 신호를 발생시키는 구동 회로 또는 작동 회로의 작동에 의해 수행될 수 있다.
또한, (디바이스의 의미에서) 충전 시스템이 설명된다. 충전 시스템은 충전될 가동성 유닛(mobile unit)(본 명세서에서 설명된 차량 전기 시스템을 갖는 차량) 및 충전소를 포함한다. 충전소는 (고정식) 인버터를 가지며, (고정식) 직류 전압 충전 연결부 및 (고정식) 직류 전압 컨버터를 또한 갖는다. 고정 스위치는 고정식 직류 전압 컨버터와 병렬로 연결된다. 상기 스위치는 차량 전기 시스템에 의해 송신되는 신호에 의해 작동되도록 구성되며, 상기 스위치는 차량 전기 시스템에 의해 송신되는 설정값에 따라서 작동되도록 구성될 수 있다. 아울러, (고정식) 인버터 및/또는 (고정식) 직류 전압 컨버터가 차량 전기 시스템에 의해 송신되는 설정값에 따라서 작동하도록 구성되는 것이 제공될 수 있다. 그 결과, 고정식 직류 전압 컨버터는 공급 네트워크의 정류된 교류 전압의 직접 송신이 에너지 저장 장치의 과부하를 유발하지 않으면 또한 바이패스될 수 있다. 바이패싱은 이러한 것이 에너지 저장 장치(차량 전기 시스템)의 과부하를 유발하면 충전소측에서 수행되지 않는다. 인버터 대신에, (제어되거나 제어되지 않은) 정류기가 또한 충전소에서 사용될 수 있다.
충전소는, 예를 들어, 차량 전기 시스템의 제어 유닛에 의해, 또는 이러한 제어 유닛의 송신기 유닛에 의해 송신된 신호를 수신하는 것에 의해, 에너지 저장 장치의 전압 상태, 차량 전기 시스템의 바이패스 스위치의 편차 또는 스위칭된 상태를 수신하도록 구성된 수신기 유닛을 가질 수 있다. 제어 유닛은 수신기 유닛의 하류에 연결될 수 있거나, 또는 수신기 유닛은 제어 유닛의 일부를 형성할 수 있다. 제어 유닛은 수신기 유닛으로부터 각각의 데이터(전압 상태, 편차 및/또는 스위칭된 상태)를 얻도록 구성된다.
고정식 제어 유닛(즉, 충전소의 제어 유닛)은 특히 고정식 직류 전압 충전 연결부와 고정식 인버터 사이의 연결 지점에 연결된다. 이러한 제어 유닛은 연결 지점의 전압을 결정하도록 구성된다.
고정식 제어 유닛은 바람직하게는 에너지 저장 장치의 전압 상태와 연결 지점의 전압 사이의 편차를 결정하도록 또한 구성된다. 고정식 제어 유닛은 편차가 사전 한정된 크기보다 크지 않으면 고정식 바이패스 스위치를 폐쇄 상태로 제공하도록 구성된다. 고정식 제어 유닛은 편차가 사전 설정된 크기보다 크면 바이패스 스위치를 개방 상태로 제공하도록 구성된다. 이러한 크기는 전술한 바와 같이 에너지 저장 장치 또는 바이패스 스위치의 노화, 온도 및/또는 내부 저항 또는 그렇지 않으면 에너지 저장 장치의 충전의 상태에 의존할 수 있다.
차량 전기 시스템은 전술한 바와 같이 교류 전류 송신 연결부(alternating current transmission connection)를 가질 수 있다. 교류 전류 송신 연결부는 전기 기계의 권선을 경유하여 차량 전기 시스템의 역변환 장치(또는 그 교류측)에 연결될 수 있다. 교류 전류 송신 연결부는 다상, 예를 들어, 3상을 가질 수 있다. 차량 전기 시스템의 역변환 장치의 직류 전류측은 DCDC 컨버터 및 차량 전기 시스템의 DC 플러그인에 연결된다.
차량 전기 시스템은 특히 플러그인 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 차내 전기 시스템이다.
아울러, 충전소, 특히 충전 시스템에서 사용될 수 있는 충전소가 설명된다. 충전소는 고정식 인버터, 고정식 직류 전압 충전 연결부, 및 고정식 직류 전압 컨버터가 갖춰진다. 직류 전압 컨버터는 인버터를 고정식 직류 전압 충전 연결부에 연결한다. (고정식) 바이패스 스위치는 고정식 직류 전압 컨버터와 병렬로 연결된다. 바이패스 스위치는 고정식 직류 전압 컨버터(즉, 충전소의 DCDC 컨버터)를 (폐쇄된 지역(closed estate)에 있는 한) 바이패스한다. 충전소는 고정식 제어 유닛을 갖는다. 상기 제어 유닛은 바이패스 스위치에 작동 방식으로 연결된다.
충전소는 수신기 유닛을 가질 수 있다. 상기 수신 유닛은 충전소에 연결된 차량 전기 시스템의 에너지 저장 장치의 전압 상태, 및 (연결된) 차량 전기 시스템의 바이패스 스위치의 스위칭 명령 또는 스위칭된 상태를 수신하도록 구성될 수 있다. 수신기 유닛은 바람직하게는 고정식 제어 유닛에 연결된다. 제어 유닛은, 특히, 바이패스 스위치를 폐쇄하기 위한 스위칭 명령이 존재하면, 또는 차량 전기 시스템의 바이패스 스위치(40)의 스위칭된 상태가 폐쇄되면, 에너지 저장 장치의 전압 상태가, 인버터와 고정식 직류 전압 컨버터 사이에 존재하는 전압으로부터 사전 한정된 크기 만큼 더이상 벗어나지 않으면 바이패스 스위치를 폐쇄 상태로 제공하도록 구성된다. 여기에서, "or" 링크는 이벤트 자체가 아닌 이벤트 의존성의 개별 특징부만을 링크한다. 그렇지 않으면, 제어 유닛은 개방된 스위칭된 상태에 따라서 고정식 바이패스 스위치를 작동시키도록 구성된다.
아울러, 전기 에너지 저장 장치, 직류 전압 컨버터(또한, DCDC 컨버터로서 지칭됨), 및 역변환 장치를 갖는 차량 전기 시스템이 설명된다. 에너지 저장 장치, 직류 전압 컨버터, 및 역변환 장치는 바람직하게는 전술되고 이후의 설명에서의 에너지 저장 장치, 직류 전압 컨버터, 및 역변환 장치에 대응한다. 역변환 장치는 직류 전압 컨버터를 경유하여 에너지 저장 장치에 연결된다. 전기 기계(전기 모터)는 역변환 장치의 하류에 연결된다. 전기 기계는 다음에 설명되는 바이패스 스위치를 경유하여 역변환 장치를 통해 에너지 저장 장치에 직접 연결되거나, 또는 DCDC 컨버터를 경유하여 에너지 저장 장치에 간접적으로 연결된다. 차량 전기 시스템은 전기 에너지 저장 장치를 스위칭 가능한 방식으로 역변환 장치에 연결하는 바이패스 스위치를 또한 갖는다. 바이패스 스위치는 바람직하게는, 전술되고 이후에 설명되며 동일한 방식으로 DCDC 컨버터의 측면을 바이패스하는 바이패스 스위치에 대응한다. 특히, 바이패스 스위치는 DCDC 컨버터와 병렬로 그리고/또는 DCDC 컨버터의 측면과 병렬로 연결된다. 바이패스 스위치는 전압 변환이 그 사이에서 일어나는 DCDC 컨버터의 2개의 측면을 연결한다. 즉, 바이패스 스위치는 DCDC 컨버터를 (스위칭 가능한 방식으로) 바이패스한다. 차량 전기 시스템은 특히 제어 유닛을 갖는다. 제어 유닛은 작동 방식으로 바이패스 스위치에, 특히 DCDC 컨버터에 연결될 수 있다. 제어 유닛은 부스트 신호(boost signal)를 수신하도록 구성된다. 부스트 신호는 인버터에 특히 높은 전력 요청을 나타낸다. 부스트 신호는 트랙션 상태(역변환 장치가 교류 전력을 출력)와 관련될 수 있다. 부스트 신호는 또한 회복 상태(역변환 장치가 교류 전력을 흡수)와 관련될 수 있다. 제어 유닛은 부스트 신호가 존재하면 바이패스 스위치를 폐쇄 상태로 제공하고, 부스트 신호가 존재하지 않으면 바이패스 스위치를 개방 상태로 제공하도록 구성된다. 역변환 장치는 연결된 바이패스 스위치에 의해 에너지 저장 장치로부터 직접 공급된다. 그 결과, 전력은 (DCDC 컨버터의 구성에 의해 결정되는) DCDC 컨버터의 최대 전력 레벨에 의해 제한되지 않는다. 역변환 장치의 공칭 전력 레벨은 바람직하게는 DCDC 컨버터의 공칭 전력 레벨보다 높다. 역변환 장치는 바람직하게는 DCDC 컨버터의 공칭 전력 레벨의 적어도 150%, 200%, 400% 또는 600%인 공칭 전력 레벨을 갖는다. 이 단락에 명시된 제어 유닛은 다음의 구절과 이전 구절에서 언급된 제어 유닛에 대응할 수 있다. 제어 유닛은 부스트 신호가 존재하거나 또는 에너지 저장 장치의 전압 상태와 직류 전류 송신 연결부의 전압 사이의 편차가 사전 한정된 크기보다 크지 않으면 바이패스 스위치를 폐쇄 상태로 제공하도록 구성될 수 있다. 제어 유닛은 부스트 신호가 존재하지 않거나 또는 에너지 저장 장치의 전압 상태와 직류 전류 송신 연결부의 전압 사이의 편차가 사전 한정된 크기보다 크면 바이패스 스위치를 개방 상태로 제공하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 한편으로는, 특히 높은 트랙션 전력 레벨 또는 회복 전력 레벨이 요청되면, 에너지 저장 장치를 역변환 장치에 직접 결합하기 위하여, 다른 한편으로는, 에너지 저장 장치의 전압 상태(특히 개방 회로 전압)가 더이상 직류 전압 송신 연결부의 전압으로부터 사전 한정된 크기보다 크게 벗어나지 않으면 에너지 저장 장치를 직류 전압 송신 연결부에 직접 결합하기 위하여, 바이패스 스위치는 복수의 기능을 위해 사용될 수 있다. 두 경우 모두, DCDC 컨버터는 에너지 저장 장치를 전원(충전소 또는 발전기로서 전기 모터) 또는 파워 싱크(power sink)(피드백 동안 충전소 또는 드라이브로서 전기 모터)에 직접 연결하기 위해 바이패스 스위치에 의해 바이패스된다. 그렇지 않으면, DCDC 컨버터는 전압 적응을 위해 에너지 저장 장치의 상류에 연결된다.
도 1, 도 2 및 도 3은 본 명세서에서 설명된 장치 및 방법에 대한 보다 상세한 설명을 제공하고, (그 중에서도) 예시적인 차량 전기 시스템 및 충전소를 도시하도록 제공된다.
도 1 및 도 2는 역변환 장치(30 또는 WR)를 경유하여 서로 연결된 에너지 저장 장치(10 또는 110) 및 전기 기계(EM 또는 EM')를 갖는 차량 전기 시스템(FB)의 실시예를 각각 도시한다. 직류 전류 송신 연결부(DC+, DC-)("DC 플러그인")는 포지티브 레일(DC+) 및 네거티브 레일(DC-)을 갖는다. DCDC 컨버터(20) 또는 DCDC는 DC 플러그인을 에너지 저장 장치(10 또는 110)에 연결한다.
도 1은 에너지 저장 장치(10)로부터 적어도 하나의 신호(에너지 저장 장치의 전류 흡수 용량을 특징화함)를 수신하는 제어 유닛(CT)을 도시한다(CT를 향한 화살표 참조). 제어 유닛(CT)은 DCDC 컨버터(20) 및 바이패스 스위치(40)에 작동 방식으로 연결된다.
바이패스 스위치(40)가 개방되면, 에너지는 특히 전압을 에너지 저장 장치(10)의 (전류) 전압으로 증가시키거나 또는 대체로 적응시키는 것에 의해 DC 플러그인(DC+, DC-)을 경유하고 경로(I)를 경유하여 에너지를 변환하는 DCDC 컨버터(20)로 송신된다. 바이패스 스위치(40)가 폐쇄되면, 에너지는 DC 플러그인(DC+, DC)을 경유하고 경로(II)를 경유하여 에너지를 변환하는 바이패스 스위치(40)(DCDC 컨버터(20)의 바이패스로서 역할을 하는)를 경유하여 에너지 저장 장치(10)로 송신된다. 에너지 저장 장치(10)와 직류 전압 연결부(DC+, DC-) 사이의 전압의 편차가 사전 결정된 크기보다 크면, 경로(I)가 선택된다. 전압이 충분히 평형화되면(즉, 편차가 크기를 초과하지 않으면), 충전은 DCDC 컨버터(20)를 경유하여 간접적으로 수행되는 것이 아니라 바이패스 스위치(40)를 경유하여 직접 수행된다.
전기 기계(EM)는 인버터(30)를 경유하여 DCDC 컨버터(20)에 연결되고, 전기 기계(EM)는 예를 들어, 주행 모드(도시되지 않음)에서 인버터(30)에 의해 공급되고, 인버터는 차례로 DCDC 컨버터에 의해 증가되는 에너지 저장 장치(10)의 전압을 수신한다. 충전 모드는 경로(I 및 II)에 의해 표시된다. 경로(I)는, 에너지 저장 장치의 전압과 DC 플러그인에서의 전압이 너무 다르기 때문에, DCDC 컨버터가 전압 적응에 필요하면 충전의 시작시에 사용된다. 경로(II)는, 에너지 저장 장치의 과부하를 피하기 위하여, 에너지 저장 장치의 전압과 DC 플러그인의 전압이 서로 충분히 근접하기 때문에, DCDC 컨버터가 전압 적응을 위해 더 이상 필요하지 않으면, 충전의 다음 단계에서 사용된다. 경로(II)는 경로(I)의 전력 레벨의 적어도 2배, 3배 또는 4배인 전력 레벨을 나타낼 수 있다. 대응하여, DCDC 컨버터는 단지 일부(50%, 30% 또는 20%보다 크지 않거나 또는 그렇지 않으면 10%보다 크지 않음)인 전력 레벨을 위해 구성될 수 있으며, 이러한 전력 레벨에 따라서, 바이패스 스위치가 구성된다. 본 명세서에서 설명된 절차는 또한 에너지 저장 장치(10)의 전압이 DC 플러그인(DC+, DC-)에서의 전압으로부터 사전 한정된 크기보다 크게 벗어나면 경로(I)를 경유하여 전력이 피드백된다는 점에서, 그리고 에너지 저장 장치(10)와 DC 플러그인(DC+, DC-) 사이의 전압의 편차가 크기를 초과하지 않으면, 경로(II)를 통해 피드백이 수행된다는 점에서, 피드백을 위해 사용될 수 있다.
에너지 저장 장치(10)에서의 전압을 결정하기 위하여, 제어 유닛(CT)은 에너지 저장 장치에서의 측정에 의해 전압을 결정하도록 구성될 수 있다. 아울러, 에너지 저장 장치(10)에서의 전압은, 에너지 저장 장치(10)의 배터리 관리 유닛(12)으로부터의 전압 값의 수신에 의해 제어 유닛(CT)에 의해 결정될 수 있다. 이러한 것은 하향하고 제어 유닛(CT)을 향하는 점선 화살표로 도시된다.
제어 유닛(CT)은 예를 들어, 충전소로 에너지 저장 장치(10)의 전압 상태 또는 바이패스 스위치(40)의 스위칭된 상태를 송신하기 위해 송신기 유닛(S)을 가질 수 있다. 이러한 것은 하향하고 제어 유닛(CT)으로부터 멀어지게 향하는 점선 화살표로 도시된다.
도 2는 충전소(Inf)에 연결된 차량 전기 시스템(FB)을 도시한다.
도 2의 차량 전기 시스템(FB)에서, 역변환 장치(WR)는 역변환 장치(WR)의 양의 입력 전류 연결부(EA1) 및 역변환 장치(WR)의 음의 입력 전류 연결부(EA2)를 경유하여 직류 전압 컨버터(DCDC)에 연결된다. 중간 회로 커패시터(112)는 입력 전류 단자(EA1, EA2)와 병렬로 연결된다. 인버터(WR)는 3개의 브리지(B1-B3)를 포함한다. 직류 전류 송신 연결부(DC+, DC-)의 전위 또는 접점, 특히 포지티브 레일(DC+))은 직류 전압 컨버터(DCDC)에 연결되고, 또한 역변환 장치(WR)의 양의 입력 전류 연결부(EA1)에 연결된다.
도 2는 완전 브리지(B1-B3)를 구비하는 역변환 장치를 도시하며, 브리지는 또한 전파(full wave)의 2개의 반파(half wave)의 각각이 각각의 브리지의 2개의 스위치 중 하나를 경유하여 송신되기 때문에 2-펄스 브리지로서 또한 지칭된다. 도 2에서, 개별 브릿지(B1-3)로 형성되는 B6C 브릿지 회로는 BnC로서 또한 지칭되고, 여기서 n은 스위칭 소자의 개수(여기서: 3 * 2 = 6)를 나타내는 자리 표시자(placeholder)이다. 도 2는 다상 전파 브리지 회로(multi-phase full-wave bridge circuit)로서 증분된 역변환 장치(WR1)를 도시한다. 역변환 장치(WR)는 중간 회로 커패시터(112)를 갖는 B6C 브리지 회로이다.
점선은 차량 전기 시스템과 고정 충전소(Inf) 사이의 접속기를 표시한다.
도 2에서, 역변환 장치(WR)는 전기 기계(EM)를 경유하고 직류 전류 컨버터(DCDC)를 경유하여 간접적으로 직류 전류 송신 연결부(DC+, DC-)에 연결된다. 그 결과, 특히 한편으로는 전기 기계(EM) 및/또는 역변환 장치(WR), 다른 한편으로는 에너지 저장 장치(110)의 전압 대역을 중첩하는 전압 적응이 가능하다. 에너지 저장 장치(110)는 메모리 셀 이외에 절연 스위치(isolating switch)(T)를 갖는다. 직류 전압 컨버터(DCDC)는 그 링크 지점에 직렬 인덕터(L)가 연결되는 2개의 직렬 스위치(Z1, Z2)를 가지며, 직렬 인덕터(L)는 직렬 스위치(Z1, Z2)를 직류 전압 컨버터(DCDC)의 중간 회로 커패시터(K)에 연결한다. 스위치(Z1 및 Z2) 사이의 링크 지점은 인덕터(L)를 경유하여 에너지 저장 장치(110)의 양극(+)에 연결된다. 중간 회로 커패시터(K)는 또한 음의 입력 전류 연결부(EA2)에 연결되며; 양의 입력 전류 연결부(EA1)는 스위치(Z1) 및 인덕터를 경유하여 중간 회로 커패시터(K)에 연결된다. 특히, 개재하여 스위칭된 직류 전압 컨버터(DCDC)에 의해, 에너지 저장 장치(110)의 동작 전압(예를 들어, 약 800V)보다 낮은 전압(예를 들어, 약 400V)이 직류 전압 연결부(DC+, DC-)에서 가능하게 된다.
도 2에서의 전기 기계(EM')는 3상(L1-L3) 및 각각의 권선에 중간 탭을 갖는 권선 시스템을 포함하고, 그 결과, 각각의 권선은 2개로 분할된다. 2개로의 분할은 반드시 동등하게 긴 권선 섹션으로의 분할이 아니라, 오히려 필터(EMC)로 만들어진 요구 사항에 따라서 결정된다. 커패시터(Cx 및 Cy)를 갖는 필터(EMC)는 중간 탭, 및 역변환 장치(WR2) 또는 그 상 연결부(PS1-3) 반대편의 권선 단부에 연결된다. 커패시터(Cx 및 Cy)가 전기 기계의 권선과 상호 작용하기 때문에, 권선 또는 그 섹션은 기능 관점에서 필터(EMC)의 일부를 나타낼 수 있다. 필터(EMC)는 중성선(neutral conductor)(N)에 또한 연결된다. 도 2에서의 커패시터(Cx, Cy), 그러므로 필터(EMC)는 전기 기계(EM')로부터 분리될 수 있다(직렬 스위치 때문에).
스위칭 디바이스(SB)는 전기 기계(EM') 또는 그 상(L1-L3)을 차량 전기 시스템(FB)의 교류 전류 연결부(AC)에 연결한다. 스위칭 디바이스(SB)는, 특히 별형 지점을 형성하거나 또는 이를 분해(바람직하게는 완전하지 않게)하기 위하여 제어된 방식으로 위상들을 서로 연결하는 2개의 스위칭 소자 또는 단로기(disconnection switch)를 포함한다. 스위칭 디바이스는 특히 2개의 권선을 연결하는 단 하나의 단로기만을 가질 수 있다. 나머지 권선 또는 권선들은 다른 권선에 바람직하게는 영구적으로 연결되거나 또는 직접적인 연결을 경유하여 연결된다. 바꾸어 말하면, 단로기들 또는 단로기는 개방 스위치 또는 스위치들의 경우에, 불완전한(별 또는 삼각형) 구성이 얻어지거나 또는 구성이 완전히 분해되는 방식으로 (모든 권선 단부들을 서로로부터 완전히 분리하는 것에 의해) 연결되며, 절연 스위치는 직류 전류가 모든 권선을 통해 흐르지 않는 것을 보장한다. 제어 유닛(CT')은 충전 모드 및/또는 피드백 모드에서 전술한 것을 실시하기 위하여, 그리고 모터 모드 또는 발전기 모드에서 모든 권선을 서로 연결하기 위해(예를 들어, 대칭 또는 완전한 구성을 만들기 위해) 스위칭 디바이스(SB)에 작동 방식으로 연결될 수 있다. 아울러, 충전 모드 및/또는 피드백 모드에서, 제어 디바이스는 상이한 권선 및/또는 권선 서브 그룹을 통해 직류 전류를 전송하도록 스위칭 디바이스(SB)를 작동시키는 준비가 있을 수 있다. 제어 디바이스는 이러한 작동을 위해 구성된다. 그 결과, 폐열은 전기 기계에서 보다 균일하게 발생된다.
스위칭 디바이스(SB)는 또한 상 당 하나의 절연 스위치를 포함하고, 시팅 스위치(sitting switch)는 전기 기계(EM')와 발진 전류 연결부(oscillating current connection)(AC) 사이에 연결된다.
접속기(점선으로 표시됨)는 차량 전기 시스템(FB) 단부에서 제1 플러그형 커넥터(STE1) 및 인프라스트럭쳐(infrastructure)(INF) 단부에서 이에 상보적인 플러그 커넥터(STE2)를 형성하는 전기 기계 접속기에 의해 구현된다. 제1 플러그형 커넥터는 특히 플러그인 입구의 일부이다. 제2 플러그형 커넥터(STE2)는, 특히 충전소(Inf)의 충전 케이블의 단부에 고정된다. 교류 전류를 위한 전원(SQ)이 충전소에서 제공되며, 전원(SQ)은 교류 전류 공급 네트워크에 대한 접근을 나타내도록 의도된다. 3상(L1 내지 L3)은 마찬가지로 중성선(N) 및 보호 도체(SL)로서 형성된다. 이러한 것들은 차량 단부에서의 대응부를 가지며, 이러한 것은 명료성을 위해 동일한 명칭을 갖는다.
충전소의 직류 전류 연결부(DCA-stat)는 충전소의 직류 전압 컨버터(DC-stat)를 경유하여 충전소(Inf)의 인버터 또는 정류기(Inv-stat)에 연결되고, 인버터 또는 정류기(Inv-stat)는 차례로 교류 전류 공급 네트워크에 연결된다. 대안적으로, 직류 전압 컨버터(DC-stat)가 연결되는 직류 전압 소스가 제공될 수 있다. 직류 전압 컨버터(DC-stat)는 폐쇄 상태에서 직류 전압 컨버터(DC-stat)를 바이패스하는 스위치(42)와 병렬로 연결된다. 제어 유닛(CT')(차량 전기 시스템(FB))은 또한 폐쇄 상태가 에너지 저장 장치(110) 또는 차량 전기 시스템의 DC/DC 컨버터(DCDC)의 과부하를 유발하는지(스위치(42)가 개방된 채로 있음) 또는 아닌지(스위치(42)는 그런 다음 폐쇄될 수 있음)에 관계없이 스위치(42)를 또한 작동시킨다.
차량 전기 시스템의 제어 유닛(CT')은 에너지 저장 장치(110) 또는 바이패스 스위치(40')의 전압 상태 또는 스위칭된 상태를 이러한 충전소(Inf)로 전송하도록 구성된다. 이러한 것은 구부러진 점선 화살표로 표시된다.
도 3은 인버터(Inv-stat), 직류 전압 충전 연결부(DCA-stat) 및 직류 전압 컨버터(DC-stat)를 구비한 충전소(Inf)을 도시한다. 인버터(Inv-stat)는 직류 전압 컨버터(DC-stat)를 경유하여 고정식 직류 전압 충전 연결부(DCA-stat)에 연결된다. 고정식 바이패스 스위치(42)는 고정식 직류 전압 컨버터(DC-stat)에 병렬 또는 바이패싱 방식으로 연결된다. 도 3은 특히 도 2에 도시된 충전소를 도시한다.
충전소(Inf)는 제어 유닛(CT-stat)을 갖는다. 상기 제어 유닛은 작동 방식으로 바이패스 스위치(42)에 연결된다. 제어 유닛(CT-stat)은 수신기 유닛(E)을 갖는다. 상기 수신기 유닛은 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 송신기 유닛(S)으로부터 (차량 전기 시스템의 에너지 저장 장치의) 전압 상태 또는 (차량 전기 시스템의 바이패스 스위치의) 스위칭된 상태를 수신하도록 구성된다. 이러한 것은 도 3에서의 점선 화살표로 도시되고, 이러한 화살표는 내용상 도 2의 구부러진 화살표에 대응한다. 인버터(Inv-stat)는 직류 전압 컨버터(DC-stat)를, 특히 공공 교류 전류 공급 네트워크 또는 교류 전류 공급 네트워크에 대한 연결부에 대응할 수 있는 (3상) 교류 전압 소스(SQ)에 연결한다.
연결 지점(V)은 인버터(Inv-stat)를 직류 전압 컨버터(DC-stat)에 연결한다. 직류 전압 컨버터는 (적어도 논리적 관점에서) 제어 유닛(CT-stat)에 연결된다. 이에 의해, 제어 유닛(CT-stat)은 연결 지점(V)에서 전압을 결정하도록 구성된다. 아울러, 제어 유닛(CT-stat)은 직류 전압 충전 연결부(DCA-stat)에서의 전압을 결정하도록 구성된다. 제어 유닛(CT-stat)은 이러한 전압 사이의 편차를 결정하고, 이러한 편차가 사전 결정된 크기를 초과하는지 아닌지를 추정하도록 구성된다.
도 1은 본 명세서에서 설명된 차내 전기 시스템의 추가의 실시예 또는 추가 기능을 설명하는 역할을 한다. 한 실시예에서, 차량 전기 시스템(FB)은 전기 에너지 저장 장치(10), 직류 전압 컨버터(20) 및 역변환 장치(30)를 포함한다. 역변환 장치(30)는 직류 전압 컨버터(20)를 경유하여 에너지 저장 장치(10)에 연결된다. 차량 전기 시스템(FB)은 또한 전기 기계(EM)를 포함한다. 전기 기계(EM)는 인버터(30)의 하류에 연결된다. 차량 전기 시스템(FB)은 전기 에너지 저장 장치를 스위칭 가능한 방식으로 역변환 장치(30)에 연결하는 바이패스 스위치(40)를 또한 갖는다. 전기 기계는 특히 바이패스 스위치(40)가 폐쇄되면 인버터를 경유하여 특히 직접적인 방식으로, 바이패스 스위치(40)가 개방되면 직류 전압 컨버터(20)(또한 DCDC 컨버터로서 지칭됨)를 경유하여 간접적인 방식으로 에너지 저장 장치에 연결된다.
이러한 추가 실시예에서, 차량 전기 시스템(FB)은 제어 유닛(CT)을 포함한다. 제어 유닛은 바이패스 스위치(40)에, 특히 직류 전압 컨버터(20)에 작동 방식으로 연결된다. 제어 유닛(CT)은 바이패스 스위치(40)가 폐쇄되면 직류 전압 컨버터(20)를 비활성 상태로, 바이패스 스위치(40)가 개방되면 직류 전압 컨버터(20)를 활성 상태로 제공하도록 구성될 수 있다. 제어 유닛(CT)은 부스트 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어 유닛(CT)은 부스트 신호가 존재하면 바이패스 스위치(40)를 폐쇄 상태로 제공하도록 구성될 수 있다. 제어 유닛(CT)은 부스트 신호가 존재하지 않으면(예를 들어, 상보적인 신호가 존재하면) 바이패스 스위치(40)를 개방 상태로 제공하도록 구성될 수 있다. 제어 유닛은 이 단락에서 설명된 기능뿐만 아니라 상기되고 다음에 기술되는 기능을 가질 수 있다. 대안적으로, 제어 유닛은 이 단락에서 설명된 기능을 가지며 상기되고 다음에 기술되는 기능을 가지지 않을 수 있으며, 상기되고 다음에 기술되는 기능을 가지며 이 단락에서 설명된 기능을 가지지 않는 추가의 제어 유닛이 제공될 수 있다. 2개의 제어 유닛의 제어 신호는 이러한 조합에서 바이패스 스위치를 작동시키기 위해 OR-링크될 수 있다.
부스트 신호는 바람직하게는 차량이 주행 상태에 있지 않으면 제어 유닛에 의해 억제 또는 무시된다. 차량이 주행 상태에 있으면, 충전 또는 피드백 동안 사용되는 바와 같은 에너지 저장 장치의 전압 상태의 평가는 무시되거나 또는 바이패스 스위치(40)를 작동시키도록 사용되지 않는다. 이러한 것은 특히 제어 유닛(CT)에 의해 실시된다.

Claims (14)

  1. 전기 에너지 저장 장치(10, 110), 직류 전압 컨버터(DCDC, 20) 및 직류 전류 송신 연결부(DC+, DC-)를 포함하는 차량 전기 시스템(FB)으로서,
    상기 직류 전류 송신 연결부(DC+, DC-)가 상기 직류 전압 컨버터(DCDC; 20)를 경유하여 상기 에너지 저장 장치(10, 110)에 연결되고,
    상기 차량 전기 시스템은 상기 직류 전압 송신 연결부(DC+, DC-)에 스위칭 가능한 방식으로 상기 전기 에너지 저장 장치(10, 110)를 연결하는 바이패스 스위치(40, 40')를 더 포함하는, 차량 전기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 직류 전압 송신 연결부(DC+/DC-)는 상기 직류 전압 컨버터(DCDC; 20)의 음 연결부에 연결되는 음 전위를 가지며, 상기 직류 전압 송신 연결부(DC+/DC-)는 상기 직류 전압 컨버터(DCDC; 20)의 양 연결부에 연결되는 양 전위를 가지며, 상기 바이패스 스위치(40, 40')는 상기 직류 전압 컨버터(DCDC; 20)의 양 연결부를 상기 전기 에너지 저장 장치(10, 110)의 양극(+)에 연결하는, 차량 전기 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 바이패스 스위치(40, 40')에 작동 방식으로 연결되는 제어 유닛(CT)을 더 포함하되, 상기 제어 유닛(CT)은 상기 에너지 저장 장치(10)에 연결되고 상기 에너지 저장 장치의 전압 상태를 결정하도록 구성되며, 상기 직류 전류 송신 연결부(DC+/DC-)에 연결되고 상기 직류 전류 송신 연결부의 전압을 결정하도록 구성되며,
    제어 유닛(CT)은 상기 에너지 저장 장치(10)의 전압 상태와 상기 직류 전류 송신 연결부(DC+/DC-)의 전압 사이의 편차를 결정하고, 상기 편차가 사전 한정된 크기보다 크지 않으면 상기 바이패스 스위치를 폐쇄 상태로 제공하고 상기 편차가 사전 한정된 크기보다 크면 상기 바이패스 스위치를 개방 상태로 제공하도록 더 구성되는, 차량 전기 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치(10)의 전압 상태는 단자 전압, 개방 회로 전압 또는 상기 에너지 저장 장치(10)의 충전의 상태를 나타내는 값을 구성하는, 차량 전기 시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 에너지 저장 장치(10)의 전압 상태, 및 상기 차량 전기 시스템(FB)의 상기 바이패스 스위치(40)의 편차 또는 스위칭된 상태를 송신하도록 구성되는 송신기 유닛(S)을 또한 구비하는, 차량 전기 시스템.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 한정된 크기는 상기 에너지 저장 장치(10)의 공칭 전압의 5%, 2% 또는 1%보다 크지 않은, 차량 전기 시스템.
  7. 제3항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛(CT)은 상기 직류 전압 컨버터(DCDC, 20)에 작동 방식으로 연결되며, 폐쇄된 바이패스 스위치(40)의 경우에 비활성 상태로, 그리고 개방된 바이패스 스위치(40)의 경우에 활성 상태로 상기 직류 전압 컨버터를 제공하도록 구성되는, 차량 전기 시스템.
  8. 충전 시스템으로서,
    제1항 내지 제7항 중 한 항에서 청구된 바와 같은 차량 전기 시스템을 갖는 차량, 및 충전소를 포함하되,
    상기 충전소는 고정식 인버터(Inv-stat), 고정식 직류 전압 충전 연결부(DCA-stat), 및 고정식 직류 전압 컨버터(DC-stat)를 구비하며, 고정식 바이패스 스위칭 디바이스(42)가 상기 고정식 직류 전압 컨버터(DC-stat)와 병렬로 연결되고, 상기 충전 시스템은 상기 바이패스 스위칭 디바이스(42)에 작동 방식으로 연결되는 고정식 제어 유닛(CT-stat)을 갖는, 충전 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 충전소는 상기 에너지 저장 장치(10)의 전압 상태, 상기 차량 전기 시스템(FB)의 바이패스 스위치(40)의 편차 또는 스위칭된 상태를 수신하도록 구성된 수신기 유닛(S)을 더 구비하는, 충전 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 고정식 제어 유닛(CT-stat)은 상기 고정식 직류 전압 충전 연결부(DCA-stat)와 상기 고정식 인버터(Inv-stat) 사이의 연결 지점(V)에 연결되며 상기 연결 지점의 전압을 결정하도록 구성되며, 상기 고정식 제어 유닛은 상기 에너지 저장 장치(10)의 전압 상태와 상기 연결 지점(V)의 전압 사이의 편차를 결정하고, 상기 편차가 사전 한정된 크기보다 크지 않으면 상기 고정식 바이패스 스위치(42)를 폐쇄 상태로 제공하고 상기 편차가 사전 한정된 크기보다 크면 상기 바이패스 스위치를 개방 상태로 제공하도록 구성되는, 충전 시스템.
  11. 충전소로서,
    고정식 인버터(Inv-stat), 고정식 직류 전압 충전 연결부(DCA-stat), 및 상기 인버터(Inv-stat)를 상기 고정식 직류 전압 충전 연결부(DCA-stat)에 연결하는 고정식 직류 전압 컨버터(DC-stat)를 포함하되, 상기 고정식 바이패스 스위치(42)는 상기 고정식 직류 전압 컨버터(DC-stat)와 병렬로 연결되며, 상기 충전소는 상기 바이패스 스위치(42)에 작동 방식으로 연결되는 고정식 제어 유닛(CT-stat)을 갖는, 충전소.
  12. 제11항에 있어서, 상기 충전소는 상기 충전소에 연결된 차량 전기 시스템의 에너지 저장 장치(10)의 전압 상태를 수신하고, 차량 전기 시스템(FB)의 바이패스 스위치(40)의 스위칭 명령 또는 스위칭된 상태를 수신하도록 구성된 수신기 유닛(E)을 가지며, 상기 수신기 유닛(E)은 고정식 제어 유닛(CT-stat)에 연결되고, 상기 제어 유닛(CT-stat)은,
    - 상기 에너지 저장 장치의 전압 상태가 상기 인버터와 상기 고정식 직류 전압 컨버터(DC-stat) 사이에 존재하는 전압으로부터 사전 한정된 크기만큼 더이상 벗어나지 않으면,
    - 상기 바이패스 스위치(42)를 폐쇄하기 위한 스위치 명령이 존재하면, 또는
    - 상기 차량 전기 시스템의 바이패스 스위치(40)의 스위칭된 상태가 폐쇄되면, 상기 바이패스 스위치(42)를 폐쇄 상태로 제공하도록 구성되며,
    상기 제어 유닛(CT-stat)은 또한 그 밖에 개방 스위칭된 상태에 따라서 상기 고정식 바이패스 스위치(42)를 작동시키도록 구성되는, 충전소.
  13. 차량 전기 시스템(FB)의 직류 전압 컨버터(20), 충전소(Inv)의 고정식 직류 전압 컨버터(DC-stat) 또는 두 직류 전압 컨버터(20; DC-stat) 모두를 경유하여 상기 차량 전기 시스템(FB)의 에너지 저장 장치와 상기 충전소(Inv) 사이에서 전기 에너지를 송신하기 위한 방법으로서,
    상기 직류 전압 컨버터 또는 컨버터들은 상기 에너지 저장 장치로부터 멀어지게 향하는 각각의 전압 컨버터의 측면 상에 존재하는 전압과 상기 에너지 저장 장치의 개방 회로 전압 사이의 전압차가 사전 한정된 크기보다 낮으면 바이패스되는, 전기 에너지를 송신하기 위한 방법.
  14. 전기 에너지 저장 장치(10; 110), 직류 전압 컨버터(DCDC; 20) 및 역변환 장치(30; WR)를 포함하는 차량 전기 시스템(FB)으로서,
    상기 역변환 장치(30; WR)가 상기 직류 전압 컨버터(20, DCDC)를 경유하여 상기 에너지 저장 장치(10, 110)에 연결되고,
    상기 차량 전기 시스템은 상기 전기 에너지 저장 장치(10, 110)를 상기 역변환 장치(30; WR)에 스위칭 가능한 방식으로 연결하는 바이패스 스위치(40, 40')를 더 포함하는, 차량 전기 시스템.
KR1020197003503A 2016-07-11 2017-06-27 차량 전기 시스템, 충전 시스템, 충전소 및 전기 에너지를 송신하기 위한 방법 KR20190026845A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016212543.5 2016-07-11
DE102016212543.5A DE102016212543A1 (de) 2016-07-11 2016-07-11 Fahrzeugbordnetze, Ladesystem, Ladestation und Verfahren zur Übertragung von elektrischer Energie
PCT/EP2017/065827 WO2018010948A1 (de) 2016-07-11 2017-06-27 Fahrzeugbordnetze, ladesystem, ladestation und verfahren zur übertragung von elektrischer energie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20190026845A true KR20190026845A (ko) 2019-03-13

Family

ID=59350879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197003503A KR20190026845A (ko) 2016-07-11 2017-06-27 차량 전기 시스템, 충전 시스템, 충전소 및 전기 에너지를 송신하기 위한 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11097626B2 (ko)
EP (2) EP3481664B1 (ko)
KR (1) KR20190026845A (ko)
CN (1) CN109414997B (ko)
DE (1) DE102016212543A1 (ko)
WO (1) WO2018010948A1 (ko)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019097551A1 (en) * 2017-11-20 2019-05-23 India Nippon Electricals Limited Battery charging in integrated-starter generators
JP7010035B2 (ja) 2018-02-06 2022-01-26 トヨタ自動車株式会社 電動車両
DE102018205063A1 (de) * 2018-04-04 2019-10-10 Continental Automotive Gmbh Leistungselektronikmodul und Fahrzeugbordnetz
DE102019208118A1 (de) * 2019-06-04 2020-12-10 Vitesco Technologies GmbH Fahrzeugbordnetz mit einem Gleichspannungsladeanschluss
US11453301B2 (en) 2019-08-28 2022-09-27 SparkCharge, Inc. Electric vehicle charging apparatus, system and methods
KR20220071281A (ko) * 2019-10-15 2022-05-31 비테스코 테크놀로지스 게엠베하 차량 온보드 전기 시스템
DE102019007347B4 (de) * 2019-10-21 2021-12-16 Vitesco Technologies GmbH Fahrzeugbordnetz
FR3103648B1 (fr) * 2019-11-21 2023-03-24 Commissariat Energie Atomique Recharge de batteries
GB201918715D0 (en) * 2019-12-18 2020-01-29 Zapinamo Ltd Charging electric vehicles
DE102020119974A1 (de) * 2020-07-29 2022-02-03 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Hochvolt-Ladeanordnung für ein Elektrofahrzeug sowie ein Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie
US11285831B1 (en) * 2021-05-14 2022-03-29 WattEV, Inc. Matrix switches for optimizing resource utilization in large-scale charging stations with distributed energy resources
CN114566991A (zh) * 2022-03-09 2022-05-31 博雷顿科技有限公司 一种基于能量管理ems系统的电气系统及多用途补电车
GB2624462A (en) * 2022-11-21 2024-05-22 Jaguar Land Rover Ltd Energy storage charging system for a vehicle

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5204157B2 (ja) * 2010-07-05 2013-06-05 株式会社日本自動車部品総合研究所 電動車両の充電装置
DE102010041253A1 (de) 2010-09-23 2012-03-29 Siemens Aktiengesellschaft DC-Ladestation für eine Batterie eines Elektrofahrzeugs
WO2012062599A2 (de) * 2010-11-10 2012-05-18 Continental Automotive Gmbh Energiespeichermodul, system mit energiespeichermodul und steuerverfahren
JP5223932B2 (ja) * 2011-01-19 2013-06-26 株式会社日本自動車部品総合研究所 直流電力供給装置
US9000721B2 (en) * 2011-06-29 2015-04-07 General Electric Company Systems and methods for charging
DE102011083020A1 (de) * 2011-09-20 2013-03-21 Robert Bosch Gmbh Ladevorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, Verfahren und Kraftfahrzeug
JP5855133B2 (ja) * 2011-12-20 2016-02-09 三菱電機株式会社 充電装置
DE102012206932A1 (de) * 2012-04-26 2013-10-31 Robert Bosch Gmbh Kraftfahrzeugbordnetz mit wenigstens zwei Teilnetzen
WO2013168491A1 (ja) * 2012-05-11 2013-11-14 富士電機株式会社 モータ駆動装置
KR101409152B1 (ko) * 2012-07-18 2014-06-17 엘에스산전 주식회사 충전 장치 및 이의 동작 방법
US9434263B2 (en) * 2012-09-05 2016-09-06 Lear Corporation Multi-mode battery charger
CN103818265B (zh) * 2012-11-19 2018-05-01 伊顿公司 用于动力交通工具上的电池管理装置
EP2937969B1 (en) * 2012-12-18 2019-06-12 Volvo Truck Corporation Power supply apparatus
FR3008246B1 (fr) * 2013-07-03 2017-07-07 Schneider Electric Ind Sas Systeme de charge electrique d'une pluralite de vehicules electriques et procede de repartition de la puissance electrique delivree par une alimentation electrique d'un tel systeme
KR101509910B1 (ko) * 2013-08-26 2015-04-06 현대자동차주식회사 플러그-인 하이브리드 자동차 및 전기자동차의 충전 제어 방법
DE102014208015A1 (de) * 2014-04-29 2015-10-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft AC/DC Schnellladegerät
DE102014008516A1 (de) * 2014-06-07 2015-12-17 Man Truck & Bus Ag Bordnetz für ein Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016212543A1 (de) 2018-01-11
US20190210475A1 (en) 2019-07-11
WO2018010948A1 (de) 2018-01-18
EP3481664B1 (de) 2022-12-07
CN109414997A (zh) 2019-03-01
US11097626B2 (en) 2021-08-24
EP4164087A1 (de) 2023-04-12
EP3481664A1 (de) 2019-05-15
CN109414997B (zh) 2022-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20190026845A (ko) 차량 전기 시스템, 충전 시스템, 충전소 및 전기 에너지를 송신하기 위한 방법
CN107592954B (zh) 车辆侧充电电路和用于运行车辆侧变流器的方法
US10771001B2 (en) Controller for an inductive load having one or more inductive windings
US9873341B2 (en) Transformerless, current-isolated onboard charger with solid-state switching controls
JP6374600B2 (ja) エネルギー貯蔵器を充電するための装置
US9343914B2 (en) System and method for charging the energy storage cells of an energy storage device
CN110289669B (zh) 对智能电池的交流充电
US10994618B2 (en) Vehicle electrical system with inverter, energy store, electrical machine and ac transmission terminal
US9312692B2 (en) System for charging an energy store, and method for operating the charging system
KR101866168B1 (ko) 에너지 저장 장치의 충전
EP3619787A1 (en) Electric charging system and method
US9331515B2 (en) System for charging an energy store, and method for operating the charging system
CN104205558B (zh) 具有冷却元件的蓄能装置和用于冷却蓄能单元的方法
CN101369735A (zh) 紧急辅助负载的供电方法、辅助变换器及其铁道车辆
US11738653B2 (en) Integrated charger and motor control system isolated by motor
US10787088B2 (en) Vehicle electrical system with inverter, energy store, electrical machine and DC transmission terminal
CN111602329B (zh) 变流器部件和这种变流器部件的半导体模块
US20150191091A1 (en) Method for controlling a charger for a motor vehicle battery with a reduction of losses due to switching
CN112041193B (zh) 用于传输电功率至车载电网的电储能器的方法和车载电网
US20220227242A1 (en) Apparatus and method for charging an electric battery vehicle
KR20130133801A (ko) 제어 가능한 에너지 저장 장치에 하나 이상의 직류원을 연결하기 위한 연결 시스템 및 관련 작동 방법
EP4282064A1 (en) Bi-directional power converter
CN112714992A (zh) 用于车辆侧电能存储器的充电电路
JP5661075B2 (ja) 充放電装置
KR20210062671A (ko) 차량측 전기 에너지 저장소용 충전 회로

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application