RO130283A0 - Procedeu de încărcare în curent continuu a acumulatorilor autovehiculelor electrice prin magistrala comună de forţă şi date - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de încărcare în curent continuu a acumulatorilor autovehiculelor electrice, prin magistrala comună de forţă şi date, astfel încât să poată fi încărcat orice tip de acumulator instalat, din oricare dintre staţiile de încărcare, cu posibilitatea ca staţia să monitorizeze permanent şi instantaneu curentul necesar pentru o încărcare corectă, prin transmiterea de către autovehicul către staţie a parametrilor necesari, prin aceleaşi două cabluri prin care se efectuează încărcarea efectivă. Procedeul conform invenţiei constă în aceea că încărcarea unui acumulator () ce alimentează motorul de tracţiune al autovehiculului se efectuează în curent continuu, prin cuplarea acestuia direct la o staţie () de încărcare, prin intermediul unui cablu () de încărcare ce conţine două fire de forţă, izolate, prevăzut cu o priză () de cuplare, standardizată, proces de încărcare ce este monitorizat de către un sistem () de monitorizare a bateriei, care urmăreşte parametrii acumulatorului, modul care este cuplat direct la cablul () de încărcare, deci şi la acumulator, modul care transmite date referitoare la tensiunea de încărcare a bateriei şi curentul necesar încărcării, sub forma unui semnal () modulat tot prin cablul () de încărcare, ce are rol şi de magistrală de date, către staţia () de încărcare ce conţine o sursă () de alimentare în curent continuu, comandată de către un modul () receptor, ce recepţionează semnalul () modulat şi, în funcţie de parametrii primiţi, comandă sursa () de alimentare conform necesarului instantaneu al acumulatorului () de alimentare a motorului de tracţiune.

Description

Procedeu de încărcare in curent continuu al acumulatorilor autovehiculelor electrice prin magistrala comuna de forța si date

Invenția se refera la un procedeu de încărcare inteligenta in curent continuu a acumulatorilor motor tractiune(de forța) din autovehiculele electrice, crearea unei statii de mcarcare universala, adaptabila la toate tipurile de baterii instalate pe autovehicule, dar si echiparea autovehiculelor cu dispozitive ce gestionează in mod permanent parametrii bateriei de acumulatori, parametri pe care ii comunica direct statiei de încărcare, dar nu pe o magistrala de date separata cum se aplica in prezent, ci direct prin cablul bifilar de incarcare in curent continuu cu energie electrica cu care este prevăzută stafia.

Scopul invenției este acela de a se crea o soluție tehnica ce poate deveni un standard unanim acceptat, prin care sa se încarce direct in curent continuu acumulatorii pentru autovehicule electrice, rezultând posibilitatea încărcării oricărui acumulator, la oricare dintre stafiile de incarcare.

Aplicațiile practice se regăsesc in domeniul autovehiculelor cu propulsie electrica, atat autoturisme cat si autoutilitare, industrie in plina dezvoltare si cli puternic impact pozitiv asupra mediului ambiant.

Practic, incarcarea unui acumulator inteligent se poate efectua in patru moduri unanim acceptate, dintre care “Mode 1-3” se refera la furnizarea de curent alternativ (AC) de către stafiile de incarcare, iar pe vehicul este instalata aparatura electronica necesara pentru a asigura parametrii de incarcare specifici acumulatorului instalat, pornind de la aceasta sursa de energie.

“Mode 4” este modul prin care stafia de incarcare furnizează direct curent contiunuu (DC) către direct acumulatorul autovehiculului, iar acesta printr-un dispozitiv de monitorizare a parametrilor de incarcare (tensiune-curent de incarcare) transmite statiei de incarcare datele necesare pentru a gestiona corect procesul de incarcare, respectiv ceea ce furnizează direct acumulatorului.

In prezent, aceste date sunt transmise pe o magistrala de date separata, paralela cu cablurile de mcarcare propriu-zise si care duc către aceeași priza ce se conectează la autovehicul.

Invenția din acest brevet se refera direct si explicit la “Mode 4”.

Stadiul actual al tehnicii pe plan mondial este caracterizat prin lipsa unei standardizări a stafiilor de incarcare, a tipului de priza utilizat si tipurilor de cabluri de incarcare. Aceeași situație este si in ceea ce privește tipurile de acumulatori inteligenti utilizați de marii producători, fiecare dintre aceștia propunandu-si sa-si dezvolte propria gama de acumulatori, prize, etc.

g- 2 Ο 1 4 - Ο Ο 9 6 6 Ο 9 -12- 2014

Daca ne raportam la brevetul Ibb re: > ^:fore.re constmam ;.a zarea rrefo unor contacre rerencw.. a: irez-re ,λ· reirai rara fo alterarea informatici nxniisz caet; 'Lai-a ce 'ceh'cm i^:’;Obien'a esm ca stat ma^s acuta ea cu raza expuse foctonîor de mediu, carozxa du: turn¹ mx-m;

m fo U am m deal pe acexata magistrala este mai pirxn prebabm· χ amm -re ammmmm acest brevet sa se rransmim maamtmm re χχ; mmm;amu ·υ: forez.

mm: -i xfiabma neapmsmaie expuneru ia iactmm: w -m ulmsmm w prizele de mcarcatm m bmvetfo IJ fo tbm '-a bs la mm as ucsJfofobm stana de încărcare este pmmzms ce peîpum mascarea prizelor electrice si arefo .m ara Hmmmzu soaufo de manevra iu jurtd stafiei s v : csnwuw a sratiei de încărcare do ramarnm ca m cele creia brevele meraionatr w mm rara ire încărcare aoapiirau fi.it ar or rareicuimu; proforera. ;χοορ pe care brevetai de fota c razraw.

Problema pe care o rezolva invenția este incarcarea in curent continuu (CC) a acumulatorului unui autovehicul electric, tip de încărcare denumita comercial “Mode 4”, astfel incat sa poata fi incarcat orice tip de acumulator motor tracțiune instalat pe orice tip de autovehicul, din oricare din stațiile de încărcare, cu posibilitatea ca statia sa monitorizeze permanent si instantaneu curentul necesar pentru o încărcare corecta, prin transmiterea de către autovehicul către statie a parametrilor necesari, prin aceleași doua cabluri prin care se efectuează incarcarea efectiva si nu prin magistrala de date separata de magistrala de forța.

Procedeu de încărcare a acumulatorului motor tracțiune unui autovehicul electric caracterizat prin aceea ca, (Fig.l) incarcarea Acumulatorului motor tracțiune (5) al autovehiculului se efectuează in curent continuu prin cuplarea acestuia direct la Statia de încărcare (1) prin intermediul Cablului de încărcare (3) ce conține doua fire de forța izolate, prevăzut cu o Priza (2) de cuplare standardizata, proces de încărcare ce este monitorizat de un Sistem de monitorizare al bateriei (4.3) care urmărește parametri acumulatorului, modul ce este cuplat direct la cablul de încărcare, deci si la acumulator, modul ce transmite date referitoare curentul necesar încărcării calculat in funcție de valoarea instantanee a tensiunii la bornele acumulatorului, sub forma unui Semnal modulat (7) tot prin Cablul de încărcare (3), ce are rol si de magistrala de date, către Statia de încărcare (1), ce conține o Sursa de alimentare (1.1) in curent continuu, comandata de către Modulul receptor (1.2) care recepționează semnalul modulat si in funcție de parametrii primiți, comanda Sursa de ₉

Ο Η - Ο Ο 9 6 6 Ο 9 -12- 2014

alimentare (1-1) conform necesarului instantaneu ai Acumulatorului motor tracțiune (5).

Avantajele procedeului ce constituie obiectul acestui brevet de invenție sunt:

• Se adapteaza direct la tipul si parametrii de încărcare specifici fiecărui tip de acumulator, in funcție de puterea electrica a acestuia si/sau fabricant;

• Elimina necesitatea de prize de încărcare scumpe, cu mai multe contacte si care sa conțină si conectori pentru cablul de date;

• Cablul de incarcare este un cablu obișnuit, cu doar doua fire, izolate si cu rezistenta mecanica sporita;

• Toate modulele ce gestionează incarcarea, aflate pe vehicul, sunt alimentate direct din statia de alimentare;

• Statia de mcarcare devine universala, utilizabila la orice vehicul electric;

• Softul de management ai încărcării nu mai este instalat in statia de incarcare ci in cadrul Sistemului de monitorizare al bateriei (4.3) al fiecărui autovehicul electric, deci acesta vine la mcarcare avand deja softul necesar instalat.

• Procedeul descris in cadrul acestui brevet permite standardizarea sistemului de mcarcare in curent continuu, respectiv in “Mode4.

In susținerea prezentului brevet de invenție, înțelegem sa ne bazam pe următoarele figuri:

- Fig. 1 Schema bloc ce permite explicarea procedeului de incarcare in curent continuu al acumulatorilor autovehiculelor electrice prin magistrala comuna de forța si date;

- Fig. 2 Schema logica a comunicației din partea autovehiculului către statia de mcarcare;

- Fig. 3 Schema logica a algoritmului pe care il aplica statia de incarcare pe parcursul încărcării bateriei de forța a autovehiculului.

Procedeul presupune instalarea a doua tipuri de echipamente (Fig. 1). după cum urmeaza:

Echipamentul montat pe autovehicul (4):

- (4.1) Transmitator de semnal modulat pe lima de forța pentru mcarcare;

- (4.2) Filtru de separație a semnalului de date fata de tensiunea continua;

- (4.3) Sistem de monitorizare a bateriei de acumulatori motor tracțiune; Echipamentul montat in statia de incarcare (1):

- (1.1) Sursa de alimentare programabila;

- (1.2) Receptor de semnal modulat pe linia de forța pentru mcarcare;

- (1.3) Filtru de separație a semnalului de date fata de tensiunea continua. Instalația mai cuprinde;

(ξ-2 Ο 1 A - C Ο 9 3 6 Ο 9 -1?.- 2014

- (2) Priza de cuplare standardizata, la linia de forța pentru mea care;

- (3) Linia de forța, cablu bifilar pentru transmisie de putere, pentru încurcarea bateriei de acumulatori motor tracțiune si transmisie semnal modulat;

- (5) Bateria de acumulatori motor tracțiune ai autovehiculului.

- (6) Semnal modulat, de date.

Procedeul de încărcare in curent continuu al acumulatorilor autovehiculelor electrice prin magistrala comuna de forța si date presupune armatoarele etape de funcționare (Fig.l):

- Se cuplează Priza (2) in cupla cu care este prevăzut autovehiculul electric;

- După cuplare, Sistemul de monitorizare al bateriei (4.3) analizeaza parametrii in care se gaseste Acumulatorul motor tracțiune (5), respectiv nivelul de tensiune efectiva al acestuia, temperatura elementilor, etc;

- Corespunzător fiecărui nivel de încărcare (sau descărcare) al acumulatorului, producătorul acestuia recomanda un nivel al tensiunii de încărcare si o intensitate a curentului de încărcare necesare. In acest scop se elaborează o curba de incarcare, ce este transpusa in format digital. Parametrii acestei curbe se găsesc memorați m cadrul Sistemului de monitorizare al bateriei (4.3). care analizeaza unde se afla momentan starea de incarcare a acumulatorului si generează un Semnal modulat (6);

- Semnalul modulat (6) este transmis către Stafia de incarcare (1) prin cuplarea la Cablul de incarcare (3) acesta fiind prevăzut atat in Statia de incarcare (1) cat si m Echipamentul montat pe autovehicul (4) cu Separatoare de tensiune continua (4.2)(1.3);

- De mdata ce semnalul modulat ajunge in Statia de incarcare (1), acesta este preluat de un Receptor (1.2) care comanda către Sursa de alimentare (1.1) furnizarea curentului de incarcare optim pentru starea momentana a acumulatorului.

- După începerea efectiva a încărcării, starea acumulatorului este interogata cu o perioada de 100 ms pana in momentul in care parametrii de incarcare maxima sunt atinși si incarcarea este întrerupta de către Sistemul de monitorizare al bateriei (4.3), situație semnalata pe afisajul statici;

- Se decuplează Priza (2), iar autovehiculul este gata de circulație.

Conform invenției, comunicația dintre Transmitatorul (4.1) montat pe autovehicul si Receptorul (1.2) montat in interiorul statiei de incarcare este o comunicație unidirecționala, astfel incat Statia de incarcare O) sa adapteze intensitatea curentului de incarcare in ecartul 1-255A, in funcție de starea instantanee a acumulatorului din autovehicul, stare care r este

â.

c^-2014-00S66o 9 -12- 2014

comunicata statiei pe măsură ce acumulatorul se incarca si necesita curenti de încărcare diminuați.

Protocolul de comunicație este foarte simplu si consta in transmisia a numai 2 bytes, către statia de incarcare, astfel:

• Byte O, ii comunica statiei de încărcare ca un vehicul este conectat la Cablul de încărcare (3). Este comunicat consecutiv de doua ori, pentru siguranța;

« Byte 1, ii comunica statiei de încărcare valoarea efectiva a curentului de încărcare, pe care statia trebuie sa il furnizeze. Este comunicat consecutiv de doua ori, pentru siguranța;

lata structura mesajelor trimise statiei de încărcare.

BYTE

: 4 f ~ 3 ' 2 !

7) ! 7 i o :

l 7 O J BIT / ț ') i Activare static i Curent cerat sialiei

IDENTIFICATOR	Res. 1 nit	Zona	Valori binare	Explicație
	i!	De la ! Pana la L ..	1 Dc la : Pana la !
SE Activare statie	L . _	AA		Mesaj fix
RC Curent solicitai	! ! A	0 1 FF _________L .. . ..	î o ' FF '	De la i) la 255Amperi

Comunicația dintre vehicul către statie se efectuează conform algoritmului ciclic din Fig. 2.

Inițial, după cuplarea prizei (2) se trimite către statie (O- un mesaj de activare, care este un mesaj fix si anume AAA Pentru validarea unei bune comunicații de date, acest mesaj este trimis de doua ori si trebuie recepționat corect tot de doua ori, la un interval de 100 ms.

Daca secvența de mai sus este îndeplinita corect, statia de încărcare se activeaza automat iar autovehiculul va transmite valoarea curentului de încărcare, conform cu mesajul “RC”, pe care trebuie sa il furnizeze statia. Acest curent poate varia de la 0 la 255A, in funcție de nivelul de descărcare al acumulatorului motor tracțiune.

Pentru a fi validat ca valoare un anume nivel al curentului de încărcare, statia trebuie sa primească la interval de 100 ms, de doua ori consecutiv, același mesaj.

Daca se îndeplinește aceasta condiție, statia începe furnizarea curentului de încărcare solicitat, pe care il va modifica in condiția in care primește de doua ori consecutiv, la interval de 100 ms, o noua valoare solicitata a curentului de încărcare, de regula mai mica decât cea inițiala, pentru ca procesul de încărcare este deja in derulare.

Λ _s J vvA* < ^{: f} (X ‘ 2 ο 1 4 - ο Ο 9 6 θ - 7

Ο 9 -12- 2014

In momentul in care valoarea curentului de încărcare solicitat este Zero, mesaj repetat de doua ori, statia înțelege ca procesul de încărcare s-a încheiat, deci poate intra m repaus. Se poate decupla priza de încărcare.

Algoritmul pe care ii respecta m funcționare statia de încărcare (1), este reprezentat in Fig.3.

La momentul inițial, statia de alimentare este in mod Așteptare”, adica este alimentata la rețeaua de energie electrica, iar receptorul (1.2) asteapta succesiunea de mesaje care indica faptul ca priza (2) a fost cuplata, la un autovehicul.

Receptorul (1.2) interoghează magistrala de date (identica cu cablul de încărcare (3)), la fiecare 90 ms, in mod ciclic, pentru a verifica receptionarea mesajului ^ςςΑΑ”, ce comanda activarea statici m modul de încărcare.

Daca este îndeplinita receptionarea mesajului “ΆΑ” succesiv de doua ori, incarcarea este validata si se asteapta receptionarea mesajului ”RC . unde RC” reprezintă codificarea pe 8 biți a valorii curentului de încărcare ce trebuie furnizat.

Se testează receptionarea a doua mesaje de tipul RC”. apoi se verifica daca cele doua valori recepționate sunt identice, caz m care se începe furnizarea curentului de încărcare solicitat in mesajul RC”.

La fiecare 90 ms, statia verifica ciclic valoarea mesajului RC”. modificând valoarea curentului de incarnare si/sau oprind statia de încărcare m momentul in care valoarea recepționată pentru RC” este Zero, de doua ori succesiv.

In acest moment statia de încărcare revine automat in modul '“Așteptare”.

Claims (1)

1. Procedeu de incarcare a acumulatorului motor tracțiune unui autovehicul electric caracterizat prin aceea ca, (Fig.l) mcarcarea Acumulatorului motor tracțiune (5) al autovehiculului se efectuează in curent continuu prin cuplarea acestuia direct Ia Statia de incarcare (1) prin intermediul Cablului de incarcare (3) ce conține doua fire de forța izolate, prevăzut cu o Priza (2) de cuplare standardizata, proces de incarcare ce este monitorizat de un Sistem de monitorizare ai bateriei (4.3) care urmărește parametri acumulatorului, modul ce este cuplat direct la cablul de incarcare, deci si la acumulator, modul ce transmite date referitoare curentul necesar incarcani calculat in funcție de valoarea instantanee a tensiunii la bornele acumulatorului, sub forma unui Semnal modulat (7) tot prin Cablul de incarcare (3), ce are rol si de magistrala de date, către Statia de incarcare (1), ce conține o Sursa de alimentare (1.1) in curent continuu, comandata de către Modulul receptor (1.2) care recepționează semnalul modulat si in funcție de parametrii primiți, comanda Sursa de alimentare (1.1) conform necesarului instantaneu al Acumulatorului motor tracțiune (5).