相互充電のための電気自動車及び充電コネクタ

著者らは特許

B60L - 電気的推進車両の推進装置(車両の電気的推進装置,または,相互または共通の推進のための複数の異なった原動機の配置または取付けB60K1/00,B60K6/20;車両の電気的伝動装置の配置または取付けB60K17/12,B60K17/14;鉄道車両における駆動力の減少による車両のすべり防止B61C15/08;発電機,電動機H02K;電動機の制御または調整H02P);電気的推進車両の補助装置への電力供給(車両の機械的連結器と結合している電気的連結装置B60D1/64;車両の電気的暖房B60H1/00);車両用電気的制動方式一般(電動機の制御または調整H02P);車両用磁気的懸架または浮揚装置;電気的推進車両の変化の監視操作;電気的推進車両のための電気安全装置
B60L1/00 - 電気的推進車両の補助装置への電力供給(乗り物一般の信号装置または照明装置の配列,その取り付けや支持,またはそのための回路B60Q)
B60L1/02 - 電気的暖房回路への給電
B60L1/14 - 照明回路への給電
B60L11/18 - 一次電池,二次電池,または燃料電池から動力を供給されるものを用いるもの
B60L15/00 - 電気的推進車両の推進,例.牽引モータの速度,の所定の駆動を行うための制御をする手段,回路または装置;定置場所,車両の他の場所または同じ列車の他の車両からの遠隔操作のための電気的推進車両における制御装置のためのもの
B60L15/02 - 制御回路において使用される電流形態による特性
H02J7/00 - 電池の充電または減極または電池から負荷への電力給電のための回路装置

の所有者の特許 JP2016528862:

ビーワイディー カンパニー リミテッドByd Company Limited

 

車両の相互充電システム及び充電コネクタが提供される。システムは、第1電気自動車(1002)及び第2電気自動車(1003)を備え、第1電気自動車(1002)及び第2電気自動車(1003)のそれぞれは、電源電池(10)と、電池マネージャ(103)と、エネルギー制御装置(1005)と、充放電ソケット(20)と、を備え、エネルギー制御装置(1005)は、3レベル双方向DC−ACモジュール(30)と、充放電制御モジュール(50)と、制御モジュール(60)と、第1電気自動車(1002)と第2電気自動車(1003)との間に接続される充電コネクタ(1004)と、を備え、その両端に、それぞれ、第1電気自動車の充放電ソケット(20)に接続された第1充電ガンアダプタ及び第2電気自動車の充放電ソケット(20)に接続された第2充電ガンアダプタを備える。
【選択図】図3A

 

 

本出願は、2013年12月26日に国家知識産権局に出願された中華人民共和国特許出願第201310733583.4号及び2013年6月28日に国家知識産権局に出願された中華人民共和国特許出願第201310269952.9号の優先権を主張し、且つ、利益を享受するが、その全体の内容がここにおいて、参照により取り込まれる。
本開示の実施形態は、一般的に、電気自動車の分野に関し、より具体的には、車両の相互充電システム及び充電コネクタに関する。
現在、電気自動車は、充電ステーションによって充電される。しかし、充電ステーションの数は限られているため、電気自動車を充電することは不便であり、このことが、電気自動車の普及に影響を及ぼしている。
加えて、路面状態及びユーザの癖のため、電池マネージャによって算出される走行距離は、一定の誤差を含む可能性がある。このように、目的地に到着する前に、電源電池の電気量が不十分であるか、又は使い果たされることさえ生じる可能性があり、ユーザをトラブルに巻き込み得る。
本開示の実施形態は、関連技術に存在する問題の少なくとも一つを、少なくともある程度、解決しようとする。
本開示の第1の広範な観点に関する実施形態によれば、車両の相互充電システムが提供される。当該システムは、それぞれが、電源電池と、電池マネージャと、エネルギー制御装置と、充放電ソケットと、を備える、第1電気自動車及び第2電気自動車を備える、車両の相互充電システムであって、前記エネルギー制御装置は、前記電源電池の第1端子に接続された第1DC端子及び前記電源電池の第2端子に接続された第2DC端子を有する3レベル双方向DC−ACモジュールと、前記3レベル双方向DC−ACモジュールのAC端子に接続された第1端子及び前記充放電ソケットに接続された第2端子を有する充放電制御モジュールと、前記充放電制御モジュールに接続され、前記自動車の現在の動作モードに従って、前記充放電制御モジュールを制御するように構成された制御モジュールと、を備え、当該システムは、前記第1電気自動車と前記第2電気自動車との間に接続され、第1充電ガンアダプタ及び第2充電ガンアダプタをその両端にそれぞれ備える充電コネクタであって、前記第1充電ガンアダプタは、前記第1電気自動車の前記充放電ソケットに接続され、前記第2充電ガンアダプタは、前記第2電気自動車の前記充放電ソケットに接続された、充電コネクタ、を備え、前記第1電気自動車が放電モードに入り、且つ、前記第2電気自動車が充電モードに入るとき、前記第1電気自動車は、前記充電コネクタを通して前記第2電気自動車を充電する。
本開示の実施形態による車両の相互充電システムでは、不十分な充電ステーションによって引き起こされる充電の不便の問題が解決され、ユーザの電気自動車の利用が便利になり、電気自動車の適用性と機能の両方が改善されるように、電気自動車間の相互充電が実現される。さらに、エネルギー制御装置に3レベル双方向DC−ACモジュールを利用することによって、コモンモード電圧が下げられ、漏れ電流が低減され、且つ、高調波が弱められる。その上、エネルギー制御装置にDC−DC電圧昇降モジュールが必ずしも必要とされないため、大電力充電を実現し、バス電圧を下げ、駆動効率を改善し、且つ、充電時間を短縮する。
本開示の第2の広範な観点に関する実施形態によれば、充電コネクタが提供される。当該充電コネクタは、第1電気自動車と第2電気自動車との間に接続され、その両端に第1充電ガンアダプタ及び第2充電ガンアダプタを備え、前記第1充電ガンアダプタは、前記第1電気自動車の充放電ソケットに接続され、当該第2充電ガンアダプタは、前記第2電気自動車の充放電ソケットに接続される。
本開示の実施形態による充電コネクタは、不十分な充電ステーションによって引き起こされる充電の不便の問題が解決され、ユーザの電気自動車の利用が便利になり、電気自動車の適用性と機能の両方が改善されるように、2つの電気自動車間に接続され得て、車両間の相互充電を実行するように構成されている。
本開示の実施形態の追加的な観点及び利点は、以下の記載の部分において与えられ、以下の記載の部分において明確になるか、又は、本開示の実施形態の実施から理解されるであろう。
本開示の実施形態のこれら及び他の観点及び利点は、添付図面を参照してなされた以下の記載から、明確になり、より容易に理解されるであろう。
本開示の一実施形態による電気自動車の電力システムの概略図である。 本開示の一実施形態による電気自動車の電力システムの回路図である。 本開示の一実施形態による車両相互充電システムの概略図である。 本開示の一実施形態による電気自動車間の相互充電のフローチャートである。 本開示の一実施形態による電気自動車の電力システムの概略図である。 本開示の一実施形態による制御モジュールの概略図である。 本開示の一実施形態による電気自動車の電力システムの機能を判別するフローチャートである。 モータ駆動制御機能を実行する本開示の一実施形態による電気自動車の電力システムを説明する概略図である。 本開示の一実施形態による電気自動車の電力システムの充放電機能を開始するか否かを判別するフローチャートである。 本開示の一実施形態による充電モードにおける電気自動車の電力システムの制御のフローチャートである。 本開示の一実施形態による電気自動車の電力システムの、電気自動車の充電終了時の制御のフローチャートである。 本開示の一実施形態による電気自動車と電力供給装置との間の接続の回路図である。 本開示の一実施形態によるによる電気自動車の充電制御方法のフローチャートである。 本開示の一実施形態による充放電ソケットの概略図である。 本開示の一実施形態によるオフグリッドの負荷放電プラグの概略図である。 本開示の一実施形態による電気自動車の電力搬送通信システムのブロック図である。 電力搬送通信装置のブロック図である。 8つの電力搬送通信装置と対応する制御装置との間の通信の概略図である。 電力搬送通信システムによるデータを受信する方法のフローチャートである。 本開示の一実施形態による電気自動車のモータコントローラと電気自動車の他の部分との接続を説明する概略図である。
本開示の実施形態を詳細に参照する。本開示の実施形態は、図面で説明されるが、その中で、同一又は類似の要素及び同一又は類似の機能を有する要素は、説明全体で同様の参照数字によって示される。ここで図面に従い記載された実施形態は、説明的及び例示的であり、本開示を限定するように解釈されない。
以下の記載は、本開示の異なる構造を達成するために構成された複数の実施形態又は例を提供する。本開示の記載を単純化するため、特定の実施形態の構成要素及び配置が以下に説明されるが、それらは単に説明のためであり、本開示を限定するように解釈されない。加えて、本開示は、異なる実施形態において、単純さと明確さという目的のため、参照数字及び/又は文字を繰り返すかもしれないが、繰り返しは、複数の実施形態及び/又は配置の関係を示さない。さらに、実施形態の記載において、第1の特徴の「上の」(above)、第2の特徴という構造は、直接接する第1及び第2の特徴によって形成された実施形態を含んでいてもよく、第1と第2の特徴とが直接接していない、第1と第2の特徴との間に形成された別の実施形態を含んでいてもよい。
本開示の実施形態において、そうでないことが指定され、又は、限定されない限り、取り付けられ(mounted)、接続され(connected)及び結合され(coupled)という用語は、電子接続又は機械接続、2つの要素間の内部通信、直接接続又は媒介を介した間接接続など、広く理解され得ることに注意されたい。この技術分野における通常の知識を有する者は、本開示における特定の意味を特定の状況に従って理解すべきである。
以下の記載及び図面の参照で、本開示の実施形態のこれら及び他の観点が鮮明になる。明細書の記載及び図面において、本開示による実施形態の本質に方法を説明するために複数の特定の実施形態が記載されるが、本開示による実施形態の範囲は限定されないことが理解されるべきである。反対に、本開示の実施形態は、付属の請求の範囲の精神及び原則の範囲内にある全ての変化、代替及び変形を含む。
本開示の実施形態による車両の相互充電システムは、以下に記載される電気自動車の電力システムに基づいて実現され得る。
本開示の実施形態による電力システム及びそれを有する電気自動車が、図面を参照して以下で説明される。
図1に示されているように、本開示の一実施形態による電気自動車の電力システムは、電源電池10と、充放電ソケット20と、モータMと、3レベル双方向DC−ACモジュール30と、モータ制御スイッチ40と、充放電制御モジュール50と、制御モジュール60と、を備える。
3レベル双方向DC−ACモジュール30は、電源電池10の第1端子に接続された第1DC端子a1及び電源電池10の第2端子に接続された第2DC端子a2を有する。3レベル双方向DC−ACモジュール30は、DC−AC変換を実行するように構成されている。モータ制御スイッチ40は、3レベル双方向DC−ACモジュール30のAC端子a3に接続された第1端子及び電気自動車のモータMに接続された第2端子を有する。充放電制御モジュール50は、3レベル双方向DC−ACモジュール30のAC端子a3に接続された第1端子及び充放電ソケット20に接続された第2端子を有する。制御モジュール60は、モータ制御スイッチ40と、充放電制御モジュール50とにそれぞれ接続され、電力システムの現在の動作モードに従って、電気自動車が駆動モードと充放電モードとを切り替えられるように、モータ制御スイッチ40及び充放電制御モジュール50を制御するように構成されている。
さらに、本開示の複数の実施形態において、電力システムの現在の動作モードは、駆動モード及び充放電モードを含み得る。言い換えると、電気自動車の動作モードは、駆動モード及び充放電モードを含み得る。充放電モードは、電気自動車が充電モードと放電モードのいずれかにあることを意味することに注意されたい。
電力システムが駆動モードにあるとき、制御モジュール60は、モータMを正常に駆動するためモータ制御スイッチ40をオンに制御し、充放電制御モジュール50をオフに制御する。モータ制御スイッチ40は、モータへの二相入力に接続された2つのスイッチK3及びK4を含んでいてもよく、モータの制御が実現されるならば、1つのスイッチでもよいことに注意されたい。それゆえ、他の実施形態は、ここでは詳細に説明されない。
電力システムが充放電モードにあるとき、外部電源が電源電池10を正常に充電できるように、制御モジュール60は、モータMを停止するためモータ制御スイッチ40をオフに制御し、3レベル双方向DC−ACモジュール30を開始するため充放電制御モジュール50をオンに制御する。3レベル双方向DC−ACモジュール30の第1DC端子a1及び第2DC端子a2は、電源電池10のDCバスの正端子及び負端子にそれぞれ接続されている。
本開示の一実施形態において、図2に示されているように、3レベル双方向DC−ACモジュール30は、第1キャパシタC1と、第2キャパシタC2と、第1IGBT1乃至第12IGBT12と、を有する。
具体的には、第1キャパシタC1及び第2キャパシタC2は直列に接続され、第1キャパシタC1は、電源電池10の第1端子に接続された第1端子及び第2キャパシタC2の第1端子に接続された第2端子を有し、第2キャパシタC2は、電源電池10の第2端子に接続された第2端子を有しており、第1ノードJ1は、第1キャパシタC1と第2キャパシタC2との間と定義され、言い換えれば、第1キャパシタC1及び第2キャパシタC2は、3レベル双方向DC−ACモジュール30の第1DC端子a1と第2DC端子a2との間に接続されている。第1IGBT1及び第2IGBT2は直列に接続され、3レベル双方向DC−ACモジュール30の第1DC端子a1と第2DC端子a2との間に接続されており、第2ノードJ2は、第1IGBT1と第2IGBT2との間と定義される。第3IGBT3及び第4IGBT4は直列に接続され、第1ノードJ1と第2ノードJ2との間に接続されている。第5IGBT5及び第6IGBT6は直列に接続され、3レベル双方向DC−ACモジュール30の第1DC端子a1と第2DC端子a2との間に接続されており、第3ノードJ3は、第5IGBT5と第6IGBT6との間と定義される。第7IGBT7及び第8IGBT8は直列に接続され、第1ノードJ1と第3ノードJ3との間に接続されている。第9IGBT9及び第10IGBT10は直列に接続され、3レベル双方向DC−ACモジュール30の第1DC端子a1と第2DC端子a2との間に接続されており、第4ノードJ4は、第9IGBT9と第10IGBT10との間と定義される。第11IGBT11及び第12IGBT12は直列に接続され、第1ノードJ1と第4ノードJ4との間に接続されている。第2ノードJ2、第3ノードJ3及び第4ノードJ4は、3レベル双方向DC−ACモジュール30のAC端子a3として構成されている。
図2に示されているように、電気自動車の電源システムは、さらに、第1コモンモードキャパシタC11及び第2コモンモードキャパシタC12を含む。第1コモンモードキャパシタC11及び第2コモンモードキャパシタC12は直列に接続され、電源電池10の第1端子と第2端子との間に接続されており、第1コモンモードキャパシタC11と第2コモンモードキャパシタC12との間のノードは、接地されている。
一般的に、漏れ電流は、トランス絶縁されていないインバータ及びグリッドシステムにおいて大きい。従来の2レベルシステムと比べて、本開示の実施形態による電力システムは、3レベル双方向DC−ACモジュール30を採用する。3レベル制御を用い、第1コモンモードキャパシタC11及び第2コモンモードキャパシタC12を電源電池10の第1端子と第2端子との間に接続することによって、理論上コモンモード電圧は半減され、コントローラに一般的に存在する大きな漏れ電流の問題も解決され得る。AC側の漏れ電流も低減され、このようにして、異なる国々の電気システムの要求を満たす。
本開示の一実施形態において、図2に示されているように、電気自動車の電力システムは、フィルタリングモジュール70と、フィルタリング制御モジュール80と、EMIフィルタモジュール90と、をさらに含む。
フィルタリングモジュール70は、3レベル双方向DC−ACモジュール30と充放電制御モジュール50との間に接続され、高調波を除去するように構成されている。図2に示されているように、フィルタリングモジュール70は、並列に接続されたインダクタLA、LB、LCと、並列に接続されたキャパシタC4、C5、C6を含み、インダクタLAはキャパシタC6に直列に接続され、インダクタLBはキャパシタC5に直列に接続され、インダクタLCはキャパシタC4に直列に接続されている。
図2に示されているように、フィルタリング制御モジュール80は、第1ノードJ1とフィルタリングモジュール70との間に接続され、制御モジュール60は、電力システムが駆動モードにあるとき、フィルタリング制御モジュール80をオフに制御する。フィルタリング制御モジュール80は、キャパシタ切替リレーであってもよく、接触器K10を含んでいてもよい。EMIフィルタモジュール90は、充放電ソケット20と充放電制御モジュール50との間に接続され、主に伝導と放射の干渉をフィルタリングするように構成されている。
図2における接触器K10の位置は、単に例示的であることに注意されたい。本開示の別の実施形態において、フィルタリングモジュール70が接触器K10を用いることによってオフにされるならば、接触器K10は、他の位置に配置されてもよい。例えば、本開示の別の実施形態において、接触器K10は、3レベル双方向DC−ACモジュール30とフィルタリングモジュール70との間に接続され得る。
本開示の一実施形態において、図2に示されているように、充放電制御モジュール50は、三相又は単相充放電を実行するように構成された三相スイッチK8及び/又は単相スイッチK7をさらに含む。
本開示の複数の実施形態において、電力システムが駆動モードにあるとき、制御モジュール60は、モータMを正常に駆動するため、モータ制御スイッチ40をオンに制御し、充放電制御モジュール50をオフに制御する。このように、電源電池10からの直流は、3レベル双方向DC−ACモジュール30を通して交流に変換され、交流がモータMに伝送される。モータMは、回転トランスデコーダ技術(revolving transformer decoder technology)及び空間ベクトルパルス幅変調(SVPWM)制御アルゴリズムによって制御され得る。
電力システムが充放電モードにあるとき、三相又は単相電流などの外部電源が充放電ソケット20を介して正常に電源電池10を充電できるように、制御モジュール60は、モータMを停止するため、モータ制御スイッチ40をオフに制御し、充放電制御モジュール50をオンに制御する。言い換えると、充電接続信号、ACグリッド電力システム及び車両電池管理情報を検知することにより、双方向DC−ACモジュール30を介して制御可能な整流機能が実現され、電源電池10は、単相電源及び/又は三相電源によって充電され得る。
3レベル双方向DC−ACモジュールを採用することによって、本開示の実施形態による電気自動車の電力システムで、コモンモード電圧及び漏れ電流が低減される。加えて、エネルギー制御装置において3レベル双方向DC−ACモジュール30を採用することによって、コモンモード電圧が下げられ、漏れ電流が低減され、且つ、高調波が弱められる。さらに、DC−DC電圧昇降モジュールは、エネルギー制御装置に必ずしも必要とされないことで、大電力充電を実現し、バス電圧を下げ、駆動効率を改善し、且つ、充電時間を短縮する。例えば、駆動効率は97%にまで高められ、充電時間は約10分にまで短縮され得る。その上、本開示の実施形態による電力システムで、電気自動車は、専用の充電パイル(charging pile)を用いることなく充電されるので、電気自動車のコストを低減し、普及を促進する。さらに、電気自動車はAC電気で直接充電されてもよく、このことは、電気自動車の利用及び普及を大幅に促進する。
本開示の実施形態による車両の相互充電システムは、以下で説明される。
図3Aに示されているように、一実施形態において、車両の相互充電システムは、第1電気自動車1002と、第2電気自動車1003と、充電コネクタ1004とを含む。
具体的には、第1電気自動車1002及び第2電気自動車1003のそれぞれは、電源電池10と、充放電ソケット20と、エネルギー制御装置1005とを含む。
図2に示されているように、エネルギー制御装置1005は、3レベル双方向DC−ACモジュール30と、充放電制御モジュール50と、制御モジュール60とを含む。3レベル双方向DC−ACモジュール30は、電源電池10の第1端子に接続された第1DC端子a1及び電源電池10の第2端子に接続された第2DC端子a2を有する。充放電制御モジュール50は、3レベル双方向DC−ACモジュール30のAC端子に接続された第1端子及び充放電ソケット20に接続された第2端子を有する。制御モジュール60は、充放電制御モジュール50の第3端子に接続され、電気自動車の現在の動作モードに従って充放電制御モジュール50を制御するように構成されている。
充電コネクタ1004は、第1電気自動車1002と第2電気自動車1003との間に接続されている。充電コネクタ1004は、第1充電ガンアダプタと第2充電ガンアダプタとを、その両端に、それぞれ有する。第1充電ガンアダプタは、第1電気自動車1002の充放電ソケット20に接続され、第2充電ガンアダプタは、第2電気自動車1003の充放電ソケット20に接続されている。第1電気自動車1002の現在の動作モードが放電モードであり、第2電気自動車1003の現在の動作モードが充電モードにあるとき、第1電気自動車1002は、充電コネクタ1004を通して第2電気自動車1003を充電する。特に、第1電気自動車1002及び第2電気自動車1003は、充電コネクタ1004を介して通信する。
図3Aに示されているように、第1電気自動車1002と第2電気自動車1003のそれぞれは、充電検知装置1006と、車両制御ダッシュボード102とをさらに有する。第1電気自動車1002のエネルギー制御装置1005は、充電パイルアナログ信号CPを、充電コネクタ1004を通して、第2電気自動車1003の充放電ソケット20に出力し、第1電気自動車1002のエネルギー制御装置1005は、第1電気自動車1002の電源電池10が放電状態に入り、高電圧分配ボックスを通して放電経路(すなわち、放電接続回路)を提供するように制御し、第2電気自動車1003のエネルギー制御装置1005は、第2電気自動車1003の電源電池10が充電状態に入り、高電圧分配ボックスを通して充電経路(すなわち、充電接続回路)を提供するように制御する。
図2に示されているように、エネルギー制御装置1005は、モータ制御スイッチ40をさらに有する。モータ制御スイッチ40は、3レベル双方向DC−ACモジュール30のAC端子に接続された第1端子及びモータMに接続された第2端子を有する。制御モジュール60は、モータ制御スイッチ40に接続され、車両が充放電モードにあるとき、3レベル双方向DC−ACモジュール30を開始するため、モータ制御スイッチ40をオフに制御し、充放電制御モジュール50をオンに制御するように構成されている。
図2に示されているように、エネルギー制御装置1005は、第1コモンモードキャパシタC11及び第2コモンモードキャパシタC12を有する。第1コモンモードキャパシタC11及び第2コモンモードキャパシタC12は、直列に接続され、電源電池10の第1端子と第2端子との間に接続されており、第1コモンモードキャパシタC11と第2コモンモードキャパシタC12との間のノードは、接地されている。
一般的に、漏れ電流は、トランス絶縁されていないインバータ及びグリッドシステムにおいて大きい。従来の2レベルシステムと比べて、本開示の実施形態によるエネルギー制御装置1005は、3レベル双方向DC−ACモジュール30を採用する。3レベル制御を用い、第1コモンモードキャパシタC11及び第2コモンモードキャパシタC12を電源電池10の第1端子と第2端子との間に接続することによって、理論上コモンモード電圧は半減され、コントローラに一般的に存在する大きな漏れ電流の問題も解決され得る。AC側の漏れ電流も低減され、このようにして、異なる国々の電気システムの要求を満たす。
本開示の一実施形態において、図2に示されているように、エネルギー制御装置1005は、フィルタリングモジュール70と、フィルタリング制御モジュール80と、EMIフィルタモジュール90と、プリチャージ制御モジュール1007と、をさらに有する。
フィルタリングモジュール70は、3レベル双方向DC−ACモジュール30と充放電制御モジュール50との間に接続され、高調波を除去するように構成されている。図2に示されているように、フィルタリングモジュール70は、並列に接続されたインダクタLA、LB、LCと、並列に接続されたキャパシタC4、C5、C6を含み、インダクタLAはキャパシタC6に直列に接続され、インダクタLBはキャパシタC5に直列に接続され、インダクタLCはキャパシタC4に直列に接続されている。
図2に示されているように、フィルタリング制御モジュール80は、第1ノードJ1とフィルタリングモジュール70との間に接続され、制御モジュール60は、電力システムが駆動モードにあるとき、フィルタリング制御モジュール80をオフに制御する。フィルタリング制御モジュール80は、キャパシタ切替リレーであってもよく、接触器K10を含んでいてもよい。EMIフィルタモジュール90は、充放電ソケット20と充放電制御モジュール50との間に接続され、主に伝導と放射の干渉をフィルタリングするように構成されている。
プリチャージ制御モジュール1007は、充放電制御モジュール50に並列に接続され、フィルタリングモジュール70中のキャパシタC4、C5、C6を充電するように構成されており、プリチャージ制御モジュール1007は、並列に接続された3つの抵抗及び三相接触器K9を有する。車両が放電モードにあるとき、制御モジュール60は、フィルタリング制御モジュール80をオンに制御し、フィルタリングモジュール70内のキャパシタC4、C5、C6の電圧が所定の閾値に達するまで、フィルタリングモジュール70内のキャパシタC4、C5、C6をプリチャージするように、プリチャージ制御モジュール1007を制御し、その後、制御モジュール60は、プリチャージ制御モジュール1007をオフに制御し、且つ、充放電制御モジュール50をオンに制御する。
図2における接触器K10の位置は、単に例示的であることに注意されたい。本開示の別の実施形態において、フィルタリングモジュール70が接触器K10を用いることによってオフにされるならば、接触器K10は、他の位置に配置されてもよい。例えば、本開示の別の実施形態において、接触器K10は、3レベル双方向DC−ACモジュール30とフィルタリングモジュール70との間に接続され得る。
本開示の一実施形態において、図2に示されているように、充放電制御モジュール50は、三相又は単相充放電を実行するように構成された三相スイッチK8及び/又は単相スイッチK7をさらに含む。
図3Bは、本開示の一実施形態による電気自動車間の相互充電のフローチャートである。そして、そのプロセスは以下のステップを含む。
ステップ301で、VtoV(車両間充電)モードがダッシュボードを通して設定され、すなわち、第1電気自動車は、ダッシュボード102を通してVtoVモードを選択する。
ステップ302で、電池マネージャ103は、VtoV命令を受信し、充電コネクタ1004は、第1電気自動車1002及び第2電気自動車1003にそれぞれ接続され、すなわち、電池マネージャ103は、VtoV命令を受信し、第1電気自動車の放電回路が接続されるように、高電圧分配ボックス101を、モータ放電回路から切り離し、放電出力回路に接続するように制御する。
ステップ303で、モータ接触器(すなわち、図2におけるモータ制御スイッチ40)がオフにされ、キャパシティリレー(すなわち、図2における接触器K10)がオンにされ、すなわち、エネルギー制御装置1005は、VtoV命令を受信し、キャパシタ及びインダクタが三相フィルタを構築するように、モータ接触器をオフに制御しキャパシティリレーをオンに制御する。三相充電は、本開示の実施形態における一例として説明されているが、単相充電は、本開示の別の実施形態において、利用され得ることに注意されたい。
ステップ304で、3レベル双方向DC−ACモジュール30は、電圧変換を実行し、すなわち、DC電気は、3レベル双方向DC−ACモジュール30内のIGBTを通して三相AC電気に変換される。すなわち、エネルギー制御装置1005は、三相AC電圧を出力するため、3レベル双方向DC−ACモジュール30を通して、三相変換を行う。
ステップ305で、エネルギー制御装置1005は、通信信号を出力するため、充電パイルをシミュレートする(すなわち、エネルギー制御装置1005は、充電パイルアナログ信号CPを出力する。)。
ステップ306で、接続が確認される。エネルギー制御装置1005が充電パイルアナログ信号CPを出力し、充電ガンの第2充電ガンアダプタが第2電気自動車の充放電ソケット20に挿入された後、第1電気自動車1002及び第2電気自動車1003は、同時に接続を確認する。もし接続が正常であることが確認されるならば、第1電気自動車はステップ307を実行し、第2電気自動車はステップ309を実行する。
ステップ307で、第1電気自動車の三相主接触器(すなわち、充放電制御モジュール50)がオンにされる。
ステップ308で、第1電気自動車は、三相AC電気を出力する。言い換えると、接続が確認された後、第1電気自動車の三相主接触器がオンにされ、第1電気自動車は、三相AC電気を出力する。ステップ309で、モータ接触器がオフにされ、プリチャージリレー(すなわち、図2における接触器K9)及びキャパシティリレー(すなわち、図2における接触器K10)がオンにされる。接続が確認された後、第2電気自動車の電池マネージャは、VtoV命令を受信し、第2電気自動車の充電接続回路が接続されるように、高電圧分配ボックスをモータ放電回路から切り離し、充電回路に接続するように制御する。そして、エネルギー制御装置は、モータ制御スイッチをオフに制御し、フィルタリング制御モジュール(すなわち、図2における接触器K10)をオンに制御し、プリチャージ制御モジュール(すなわち、図2における接触器K9)をオンに制御する。
ステップ310で、プリチャージリレー(すなわち、図2における接触器K9)がオフにされ、三相主接触器(すなわち、充放電制御モジュール50)がオンにされる。AC側のプリチャージが完了した後、エネルギー制御装置1005は、プリチャージリレーをオフに制御し、三相主接触器をオンに制御する。
ステップ311で、IGBTの三相の制御可能な整流が実行される。エネルギー制御装置1005は、電源電池10を充電するために、三相の制御可能な整流を実行するように、3レベル双方向DC−ACモジュール30内のIGBTを制御する。
ステップ312で、電源電池10が充電される。第1電気自動車1002は、第2電気自動車の電源電池10を充電する。
本開示の実施形態による車両の相互充電システムでは、不十分な充電ステーションによって引き起こされる充電の不便の問題が解決され、ユーザの電気自動車の利用が便利になり、電気自動車の適用性と機能の両方が改善されるように、電気自動車間の相互充電が実現される。さらに、エネルギー制御装置に3レベル双方向DC−ACモジュールを利用することによって、コモンモード電圧が下げられ、漏れ電流が低減され、且つ、高調波が弱められる。その上、エネルギー制御装置にDC−DC電圧昇降モジュールが必ずしも必要とされないことで、大電力充電を実現し、バス電圧を下げ、駆動効率を改善し、且つ、充電時間を短縮する。
本開示の実施形態の第2の観点によれば、充電コネクタが提供される。充電コネクタ1004は、第1電気自動車1002と第2電気自動車1003との間に接続されている。充電コネクタ1004は、第1充電ガンアダプタと第2充電ガンアダプタとを、その両端に、それぞれ有する。第1充電ガンアダプタは、第1電気自動車1002の充放電ソケット20に接続され、第2充電ガンアダプタは、第2電気自動車1003の充放電ソケット20に接続されている。
本開示の実施形態による充電コネクタ1004は、不十分な充電ステーションによって引き起こされる充電の不便の問題が解決され、ユーザの電気自動車の利用が便利になり、電気自動車の適用性と機能の両方が改善されるように、2つの電気自動車間に接続され得て、車両間の相互充電を実行するように構成されている。
図3Cに示されているように、一実施形態において、電力システムは、高電圧分配ボックス101と、ダッシュボード102と、電池マネージャ103と、車両全体信号サンプリング装置104と、をさらに有し得る。制御モジュール60は、高電圧分配ボックス101、ダッシュボード102、電池マネージャ103及び車両全体信号サンプリング装置104にそれぞれ接続されている。電池マネージャ103は、高電圧分配ボックス101及び電源電池10に接続されている。
本開示の一実施形態において、図4に示されているように、制御モジュール60は、制御パネル201及び駆動パネル202を有する。制御パネル201は、2つの高速デジタル信号処理チップ(すなわち、DSP1及びDSP2)を有する。2つのDSPは、車両全体情報インタフェース203に接続され、且つ、通信する。2つのDSPは、駆動パネル202上の駆動ユニットから送信されるバス電圧サンプリング信号、IPM保護信号及びIGBT温度サンプリング信号などを受信し、同時に、パルス幅変調(PWM)信号を駆動ユニットに出力するように構成されている。
従って、本開示の実施形態による電気自動車の電力システムは、モータ駆動、車両制御、AC充電、グリッド接続電力供給、オフグリッドでの負荷及び車両の相互充電を含む多数の機能を有する。さらに、電力システムは、単純に物理的に異なる機能モジュールを結合することによってではなく、モータ駆動制御システムに基づく周辺装置を取り込むことによって構築されるため、空間及びコストを最大限に節約し、電力密度を改善する。
具体的に、電気自動車の電力システムの機能が、以下で簡単に説明される。
1.モータ駆動機能
電源電池10からのDC電気は、3レベル双方向DC−ACモジュール30によってAC電気に変換され、交流電気は、モータMに伝送される。モータMは、回転トランスデコーダ技術及び空間ベクトルパルス幅変調(SVPWM)制御アルゴリズムによって制御され得る。
言い換えると、電力システムが運転するため電源投入されるとき、電力システムの機能を判別するプロセスは、図5に示されるように、以下のステップを含む。
ステップ501で、制御モジュール60が電源投入される。
ステップ502で、スロットルがゼロにあり、電気自動車がNギアの状態にあり且つ電気自動車がハンドブレーキでブレーキされ、且つ、充電接続信号(すなわち、CC信号)が有効である(すなわち、充放電ソケット20が、充電ガンなどの充電コネクタ1004と接続されている)か否かが判別され、もしyesの場合には、ステップ503が実行され、noの場合には、ステップ504が実行される。
ステップ503で、電力システムは、充放電制御プロセスに入る。
ステップ504で、電力システムは、車両制御プロセスに入る。
ステップ504の後、制御モジュール60は、モータ制御スイッチ40をオンに制御し、電力システムは駆動モードにあり、制御モジュール60は、車両全体情報をサンプリングし、車両全体情報に従ってモータMを駆動する。
モータ駆動制御機能が実行される。図6に示されているように、制御モジュール60は、電源電池10からのDC電気をAC電気に変換し、AC電気をモータMに伝送するために、3レベル双方向DC−ACモジュール30を制御するためのPWM信号を送信する。その後、制御モジュール60は、モータMを正確に動作させるために、回転トランス(resolving transformer)を通して回転子の位置を獲得し、バス電圧及びモータのB相及びC相電流をサンプリングする。言い換えると、制御モジュール60は、モータMが正確に動作し得るように、電流センサによってサンプリングされたモータのB相、C相電流及び回転トランスのフィードバック情報に従ってPWM信号を調節する。
このように、車両全体のスロットル、ブレーキ及びギア情報をサンプリングし、車両の現在の動作状態を判別することによって、いかなる状況下でも車両全体が安全且つ確実に動作し、それゆえ、車両の安全性、動的性能及び快適性を確実にするように、加速機能、減速機能及びエネルギーフィードバック機能が実現される。
2.充放電機能
(1)接続確認及び充放電開始機能
図7に示されているように、電力システムの充放電機能を開始するか否かを判別するプロセスは、以下のステップを含む。
ステップ701で、充電コネクタ1004と充放電ソケット20との間の物理的接続が完了する。
ステップ702で、電力供給装置は、充電接続信号(すなわち、CC信号)が正常か否かを判別し、もしyesならば、ステップ703が実行され、もしnoならば、別の判別のためにステップ702は、戻される。
ステップ703で、電力供給装置は、CP検知点の電圧が9Vであるか否かを判別する。もしyesならば、ステップ706が実行され、もしnoならば、ステップ702は、戻される。9Vは、所定の値の一つであり、単に例示的なものである。
ステップ704で、制御モジュール60は、充電接続信号(すなわち、CC信号)が正常か否かを判別する。もしyesならば、ステップ705が実行され、もしnoならば、別の判別のためにステップ704は戻される。
ステップ705で、出力充電接続信号及び充電インジケータランプ信号がプルダウンされる。
ステップ706で、電力システムは、充電又は放電機能を実行し、すなわち、電力システムは充放電モードにある。
図8に示されているように、充電モードにおける電力システムの制御プロセスは、以下のステップを含む。
ステップ801で、電源投入された後、電力システムが完全に運転を開始するか否かが判別される。もしyesならば、ステップ802が実行され、もしnoならば、異なる判別のためにステップ801は、戻される。
ステップ802で、充電コネクタ1004の容量を判別するため、CC(充電接続)検知点の抵抗が検知される。
ステップ803で、CP検知点における一定のデューティ比を有するPWM信号が検知されるか否かが判別される。もしyesならば、ステップ804が実行され、もしnoならば、ステップ805が実行される。
ステップ804で、充電接続は正常で充電が準備されていることを示すメッセージが送出され、BMSが充電を許可し、充電接触器がオンになることを示すメッセージが受信され、その後、ステップ806が実行される。
ステップ805で、充電接続に障害が発生する。
ステップ806で、制御モジュール60は、内部スイッチをオンにする。
ステップ807で、AC外部充電装置がPWM波を1.5秒などの所定の時間内に送信しないか否かが判別される。もしyesならば、ステップ808が実行され、もしnoならば、ステップ809が実行される。
ステップ808で、外部充電装置が外部国内標準充電ポストであり、且つ、PWM波が充電中に送信されないことが判別される。
ステップ809で、PWM波が、電力供給装置に送信される。
ステップ810で、AC入力が3秒などの所定の時間の経過後に正常であるか否かが判別される。もしyesならば、ステップ813が実行され、もしnoならば、ステップ811が実行される。
ステップ811で、AC外部充電装置に障害が発生する。
ステップ812で、障害は処理される。
ステップ813で、電力システムは、充電ステージに入る。
言い換えると、図7及び8に示されているように、電力供給装置及び制御モジュール60が自身を検知し、そこで障害が発生していないことを確認した後で、充電コネクタの容量は、CC信号の電圧を検知することにより判別され得て、充電コネクタ1004が完全に接続されているか否かは、CP信号を検知することにより判別される。充電コネクタ1004が完全に接続されていると判別された後、充電接続は正常で充電は準備されていることを示すメッセージが送出され、三相スイッチK8は、オンに制御され、このようにして、充放電は準備される。すなわち、AC充電機能(GtoV、グリッドから車両)、オフグリッドの負荷機能(VtoL、車両から負荷)、グリッド接続機能(VtoG、車両からグリッド)及び車両間充電機能(VtoV、車両から車両)などの機能が、ダッシュボードを通して設定され得る。
(2)AC充電機能(GtoV)
電力システムがダッシュボード102から充電命令を受信するとき、制御モジュール60は、充電パイルの電力供給能力及び充電ケーブルの容量に従って適切な充電電力を設定する。さらに、制御モジュール60は、グリッドの情報をサンプリングし、グリッドの電気システムを判別し、グリッドの電気システムに従って、制御パラメータを選択する。制御パラメータが選択された後、制御モジュール60は、接触器K10をオンに制御し、その後、三相スイッチK8をオンに制御する。このとき、制御モジュール60は、AC電気を整流するように、3レベル双方向DC−ACモジュール30を制御する。車載電源電池が充電されるように、最小充電電流は、電池マネージャによって許容される最大充電電流、充電パイルによって許容される最大電流容量及び制御モジュールの最大出力から選択され、所定の目標充電電流として用いられ、電力システム上で閉ループ電流制御が行われる。
(3)オフグリッドの負荷機能(VtoL)
電力システムがダッシュボード102からVtoL命令を受信するとき、まず、電源電池10の充電状態(SOC)が許容放電範囲にあるか否かが判別される。もしyesならば、VtoL命令に従って出力電気システムが選択される。最大出力は賢く選択され、制御パラメータは充電コネクタ1004の定格電流に従って与えられ、その後、電力システムは、制御プロセスに入る。まず、制御モジュール60は、三相スイッチK8及び接触器K10をオンに制御し、3レベル双方向DC−ACモジュール30は、DC電気をAC電気に変換するが、このように、電気装置は、専用の充電ソケットを通して直接にAC電気によって電力の供給を受けてもよい。
(4)グリッド接続機能(VtoG)
電力システムがダッシュボード102からVtoG命令を受信するとき、まず、電源電池10の充電状態(SOC)が許容放電範囲にあるか否かが判別される。もしyesならば、VtoG命令に従って、出力電気システムが選択される。最大出力電力が賢く選択され、充電コネクタ1004の定格電流に従って制御パラメータが与えられ、電力システムは制御プロセスに入る。まず、制御モジュール60は、三相スイッチK8及び接触器K10をオンに制御し、DC電気をAC電気に変換するように、3レベル双方向DC−ACモジュール30を制御する。そして、制御モジュール60は、グリッド接続放電を実施するために、所定の目標放電電流及び電流サンプリングからフィードバックされた相電流に従って、電力システム上で閉ループ電流制御を行う。
(5)車両間充電機能(VtoV)
VtoV機能は、専用の接続プラグを必要とする。電力システムが、接続プラグのレベルを検知することによって、充電接続信号(すなわち、CC信号)は有効であり、接続プラグはVtoV機能のための専用の充電プラグであると判別するとき、電力システムは、ダッシュボードからの命令のために準備される。例えば、車両Aが車両Bを充電すると仮定すると、車両Aは放電状態に設定され、すなわち、車両Aはオフグリッドの負荷機能を実行するように設定される。車両Aの制御モジュールは、充電接続が正常であり、充電が十分に準備されていることを示すメッセージを電池マネージャ103に送信する。電池マネージャ103は、プリチャージを実行するため充放電回路を制御し、プリチャージが完了した後、充電が許可され、充電接触器がオンになることを示すメッセージを制御モジュールに送信する。その後、電力システムは、放電機能を実行し、PWM信号を送信する。車両Bが充電命令を受信した後、電力システムは、車両Aが電力を供給するために準備されていることを判別するCP信号を検知し、制御モジュール60は、正常接続メッセージを電池マネージャに送信する。メッセージを受信した後、電池マネージャ103は、プリチャージプロセスを完了し、制御モジュール60に、電力システム全体が充電のために準備されていることを通知する。その後、車両間充電機能(VtoV)が開始するため、車両は互いに充電することができる。
言い換えると、電力システムが電源投入された後、ダッシュボード102からVtoV命令が制御モジュール60によって受信されるとき、充電接続信号及び車両全体の電池管理に関する情報が検知され、車両は、充電される車両と通信するように、AC電力出力状態に設定され、充電ボックスに似せることによりCP信号を送信する。例えば、車両Aは、放電モードに設定され、制御モジュール60は、その機能を実行するため、電力供給装置をシミュレートし、充電される車両Bは、専用の充電ワイヤを介して車両Aと接続され、このように、車両間充電機能が実行される。
一実施形態において、図9に示されているように、電気自動車の充電が完了したとき、電力システムを制御するプロセスは、以下のステップを含む。
ステップ1301で、電力供給装置は、AC電気を出力することを停止するため、電力供給スイッチをオフにし、ステップ1305が実行される。
ステップ1302で、制御モジュールは、充電を停止し、アンローディング(unloading)を実行し、ステップ1303が実行される。
ステップ1303で、アンローディングが完了した後、内部スイッチがオフになり、充電完了メッセージが送出される。
ステップ1304で、電力停止要求が送出される。
ステップ1305で、充電が完了する。
図10に示されているように、電力供給装置301は、電気自動車1000を充電するため、電力供給プラグ302を介して電気自動車1000の車両プラグ303に接続されている。電気自動車1000の電力システムは、検知点3を通してCP信号を検知し、検知点4を通してCC信号を検知し、電力供給装置301は、検知点1を通してCP信号を検知し、検知点2を通してCC信号を検知する。充電が完了した後、電力供給プラグ302と車両プラグ303の両方の内部スイッチS2がオフに制御される。
別の実施形態において、電源電池を充電するために、電気自動車の並列に接続された複数の電力システムが用いられ得る。例えば、並列に接続された2つの電力システムが電源電池を充電するために用いられ、当該2つの電力システムは共通の制御モジュールを使用する。
本開示の実施形態において、電気自動車の充電システムは、電源電池10と、第1充電ブランチと、第2充電ブランチと、制御モジュール60とを有する。
第1充電ブランチは、第1整流ユニット(すなわち、3レベル双方向DC−ACモジュール30)及び第1充電インタフェース(すなわち、充電ソケット)を有する。第2充電ブランチは、第2整流ユニット(すなわち、3レベル双方向DC−ACモジュール30)及び第2充電インタフェース(すなわち、充電ソケット)を有する。電源電池は、順番に、第1整流ユニットを通して第1充電インタフェースに接続され、第2整流ユニットを通して第2充電インタフェースに接続されている。制御モジュールは、第1整流ユニット及び第2整流ユニットにそれぞれ接続され、充電信号を受信したとき、第1充電ブランチ及び第2充電ブランチをそれぞれ通して充電電池を充電するため、グリッドを制御するように構成されている。
加えて、図11に示されているように、本開示の一実施形態は、電気自動車の充電を制御する方法を提供する。その方法は、以下のステップを含む。
ステップS1101で、制御モジュールが第1充電ブランチが充放電ソケットを介して電力供給装置に接続され、且つ、第2充電ブランチが充放電ソケットを介して電力供給装置に接続されていることを判別したとき、制御モジュールは、電池マネージャに充電接続信号を送信する。
ステップS1102で、制御モジュールから送信された充電接続信号を受信した後、電池マネージャは、電源電池が充電される必要があるか否かを検知し、判別し、もしyesならば、次のステップが実行される。
ステップS1103で、電池マネージャは、制御モジュールに充電信号を送信する。
ステップS1104で、充電信号を受信した後、制御モジュールは、第1充電ブランチ及び第2充電ブランチそれぞれを通して電源電池を充電するようにグリッドを制御する。
本開示の上記の実施形態による電気自動車の充電システム及び電気自動車の充電制御方法で、高速な充電及び時間の節約を実現するように、制御モジュールは、第1充電ブランチ及び第2充電ブランチをそれぞれ介して、電源電池を充電するようにグリッドを制御し、このようにして、電気自動車の充電電力が増加し、且つ、充電時間が大幅に短縮される。
いくつかの実施形態において、電気自動車の電力システムは、広い互換性を有し、単相/三相切替機能を実行し、それは、異なる国の様々な電気システムに適応され得る。
具体的には、図12に示されているように、充放電ソケット20は、2つの充電ソケット(米国標準充電ソケット及び欧州標準充電ソケットなど)間で切り替わる機能を有する。充放電ソケット20は、米国標準充電ソケットなどの単相充電ソケット501、欧州標準充電ソケットなどの三相充電ソケット502、2つの高電圧コネクタK503及びK504を有する。CC端子、CP端子及びCE端子は、単相充電ソケット501及び三相充電ソケット502の共通端子である。単相充電ソケット501は、高電圧コネクタK503及びK504をそれぞれ通して、三相充電ソケット502のA相線及びB相線に接続されるL相線及びN相線を有する。単相充放電命令を受信したとき、制御モジュール60は、三相充電ソケット502のA相線及びB相線が、単相充電ソケット501のL相線及びN相線にそれぞれ接続されるように、高電圧コネクタK503及びK504をオンに制御する。三相充電ソケット502は動作せず、単相充電ソケット501のL相線及びN相線の代わりに、三相充電ソケット502のA相線及びB相線が充電プラグに接続され、制御モジュール60は、単相充電機能を正常に実行し得る。
代わりに、図2に示されているように、標準7コアソケットが用いられ、N相線及びB相線との間に単相スイッチK7が追加される。単相充放電命令又は放電命令を受信したとき、制御モジュール60は、B相線をN相線に接続するため、単相スイッチK7をオンに制御する。その後、A相線及びB相線は、それぞれ、L相線及びN相線として用いられ、接続プラグは、専用の接続プラグか又はB相線及びC相線が使用されない接続プラグであるべきである。
言い換えると、いくつかの実施形態において、電力システムは、制御モジュール60を介してグリッドの電圧を検知し、グリッドの電気システムを獲得するため、計算でグリッドの周波数及び単相/三相を判別する。その後、制御モジュール60は、充放電ソケット20の種類及びグリッドの電気システムに従って異なる制御パラメータを選択する。さらに、制御モジュール60は、DC電気を獲得し、DC電気を電源電池10に伝送するため、交流を制御可能に整流する3レベル双方向DC−ACモジュール30を制御する。
別の実施形態において、図13に示されているように、オフグリッドの負荷充電ソケットは、充電プラグに接続された2コア、3コア及び4コアのソケットを含み、単相、三相電気を出力するように構成されている。
図14は、本開示の一実施形態による電気自動車の電力搬送通信システムのブロック図である。
図14に示されているように、電力搬送通信システム2000は、複数の制御装置110、車両電力ケーブル120及び複数の電力搬送通信装置130を含む。
具体的には、それぞれの制御装置110は、通信インタフェースを有し、その通信インタフェースは、例えば、限定されないが、シリアル通信インタフェースSCIであり得る。車両電力ケーブル120は、電力を複数の制御装置110に供給し、複数の制御装置110は車両電力ケーブル120を介して互いに通信する。複数の電力搬送通信装置130は、複数の制御装置110にそれぞれ対応し、複数の制御装置110は、それらに固有の通信インタフェースを介して対応する複数の電力搬送通信装置130にそれぞれ接続され、複数の電力搬送通信装置130は、車両電力ケーブル120を介して互いに接続されている。電力搬送通信装置130は、搬送信号を復調し、復調された搬送信号を対応する制御装置110に送信し、さらに、対応する制御装置110から送信された情報を受信し、復調して、復調された情報を車両電力ケーブル120に送信するために、車両電力ケーブル120から搬送信号を獲得する。
図14を参照すると、複数の制御装置110は、制御装置1から制御装置N(Nは2以上の整数である)を含んでいる。複数の制御装置110に対応する複数の電力搬送通信装置130は、電力搬送通信装置1から電力搬送通信装置Nを含んでいる。例えば、制御装置1が制御装置2と通信する必要があるとき、制御装置2は、まず搬送信号を電力搬送通信装置2に送信し、電力搬送通信装置2は、搬送信号を復調し、復調された搬送信号を車両電力ケーブル120に送信する。その後、電力搬送通信装置1は、車両電力ケーブル120から搬送信号を獲得し、復調された搬送信号を制御装置1に送信する。
図15に示されているように、それぞれの電力搬送通信装置130は、連続して接続されたカプラ131、フィルタ133、増幅器134及びモデム132を含む。
さらに、図16に示されているように、8個の電力搬送通信装置1乃至8などの、複数の電力搬送通信装置130は、車両電力線束121及び車両電力線束122を介してゲートウェイ300に接続され、それぞれの電力搬送通信装置は、1つの制御装置に対応する。例えば、電力搬送通信装置1は、トランスミッション制御装置111に対応し、電力搬送通信装置2は、発電機制御装置112に対応し、電力搬送通信装置3は、アクティブサスペンション装置113に対応し、電力搬送通信装置4は、エアコン制御装置114に対応し、電力搬送通信装置5は、エアバッグ115に対応し、電力搬送通信装置6は、ダッシュボードディスプレイ116に対応し、電力搬送通信装置7は、故障診断装置117に対応し、電力搬送通信装置8は、照明装置118に対応する。
この実施形態において、図17に示されているように、電力搬送通信システムによってデータを受信する方法は、以下のステップを含む。
ステップ2101で、システムは、開始するために電源投入され、システムプログラムは、データが車両電力ケーブルから受信される状態に入る。
ステップ2102で、搬送信号があるか否か、及び、搬送信号が正しいか否かが判別され、もしyesならば、ステップ2103が実行され、もしnoならば、ステップ2104が実行される。
ステップ2103で、システムは、車両電力ケーブルから送信されたデータを受信し始め、ステップ2105が実行される。
ステップ2104で、シリアル通信インタフェース(SCI)が検知され、シリアル通信インタフェース(SCI)にデータがあるか否かが判別され、もしyesならば、ステップ2105が実行され、もしnoならば、ステップ2101は、戻される。
ステップ2105で、システムは、データが受信される状態に入る。
本開示の実施形態による電気自動車の電力搬送通信システムで、車両の内部ケーブルの束を増加させることなく、電気自動車の様々な制御システム間でデータの伝送及び共有が達成される。さらに、電力ケーブルを通信媒体として用いる電力搬送通信は、新たな通信ネットワークを構築し、運用することを避けることで、製造コスト及び保守の困難性を低減する。
図18は、本開示の一実施形態による電気自動車のモータコントローラと電気自動車の他の部分との接続の概略図である。モータコントローラは、DCインタフェースを介して電源電池と接続され、電源電池を充電するためにACインタフェースを介してグリッドに接続され、負荷又は他の車両に放電するためにACインタフェースを介して負荷又は他の車両に接続されている。本開示の実施形態において、電気自動車のモータコントローラは、3レベル双方向DC−ACモジュールと、モータ制御スイッチと、充放電制御モジュールと、制御モジュールとを有する。
3レベル双方向DC−ACモジュールは、電源電池の第1端子に接続された第1DC端子及び電源電池の第2端子に接続された第2DC端子を有する。モータ制御スイッチは、3レベル双方向DC−ACモジュールのAC端子に接続された第1端子及びモータに接続された第2端子を有する。充放電制御モジュールは、3レベル双方向DC−ACモジュールのAC端子に接続された第1端子及び充放電ソケットに接続された第2端子を有する。制御モジュールは、モータ制御スイッチ及び充放電制御モジュールにそれぞれ接続され、電力システムの現在の動作モードに従ってモータ制御スイッチ及び充放電制御モジュールを制御するように構成されている。
本開示の一実施形態によるモータコントローラは、双方向性を有し、すなわち、モータコントローラは、外部グリッドによる電気自動車の充電、例えば、AC電気を用いた電気自動車の直接的な充電、を実行するだけでなく、外部装置に対する電気自動車の放電をも実行し得る。それゆえ、モータ制御は、様々な機能を有し、ユーザの利用を大幅に促進する。さらに、3レベル制御で、コモンモード電圧は大幅に下げられ、漏れ電流は低減され、高調波は弱められ、充電効率は改善される。その上、充電発電機は、AC電気を直接電気自動車の充電に利用することによって、システムで必要とされないため、充電ステーションのコストを節約する。さらに、電気自動車は、いつでも、どこでも、近くのAC電気を用いることによって、充電され得る。
本開示の一実施形態において、電力システムが駆動モードにあるとき、制御モジュールは、モータ制御スイッチをオンに制御し、充放電制御モジュールをオフに制御する。電力システムが充放電モードにあるとき、制御モジュールは、3レベル双方向DC−ACモジュールを開始するため、モータ制御スイッチをオフに制御し、充放電制御モジュールをオフに制御する。
一実施形態において、電気自動車の電力システムは、第1コモンモードキャパシタ及び第2コモンモードキャパシタをさらに有する。第1コモンモードキャパシタ及び第2コモンモードキャパシタは、直列に接続され、電源電池の第1端子と第2端子との間に接続されており、第1コモンモードキャパシタと第2コモンモードキャパシタとの間のノードは、接地されている。
一実施形態において、電気自動車の電力システムは、フィルタリングモジュールを有する。フィルタリングモジュールは、3レベル双方向DC−ACモジュールのAC端子と充放電制御モジュールとの間に接続されている。
一実施形態において、電気自動車の電力システムは、フィルタリング制御モジュールを有する。フィルタリング制御モジュールは、第1ノードとフィルタリングモジュールとの間に接続され、制御モジュールは、車両が駆動モードにあるとき、フィルタリング制御モジュールをオフに制御する。
一実施形態において、電気自動車の電力システムは、EMIフィルタモジュールを有する。EMIフィルタモジュールは、充放電ソケットと充放電制御モジュールとの間に接続され、伝導と放射の干渉をフィルタリングするように構成されている。
一実施形態において、充放電制御モジュールは、三相又は単相充放電を実行するように構成された三相スイッチ及び/又は単相スイッチをさらに有する。
一実施形態において、モータコントローラは、電源電池に接続され、負荷、電力グリッド及び他の電気自動車にも接続される。
フローチャート又はここに他のあらゆる方法で記載されている任意の手順又は方法は、特定の論理機能又は手順を実現する実行可能コードを保持するための1つ以上のモジュール、部分又は部品を含むことが理解される。さらに、本開示の有利な実施形態は、実行順序が描かれ又は検討されたものとは異なる他の実装を含むが、関連機能に応じて、実質的に同時の方法で、又は、反対の順序で実行することを含む。これは、本開示の実施形態が属する分野における通常の知識を有する者によって理解されるべきである。
ここで他の方法で記載され若しくはフローチャートで説明された論理及び/又はステップ、例えば、論理機能を実現するための実行可能命令の特定の順序テーブルは、具体的には、命令実行システム、装置又は設備(コンピュータに基づくシステム、プロセッサを有するシステム又は命令実行システム、装置及び設備から命令を獲得し、命令を実行することができる他のシステムなど)によって用いられ、又は、命令実行システム、装置及び設備と組み合わされて用いられる、任意のコンピュータ読み取り可能な媒体において実現され得る。
本開示の各部分は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの組合せによって実現されてもよいことが理解されるべきである。上記の実施形態において、複数のステップ又は方法が、メモリに保持され、適切な命令実行システムに実行される、ソフトウェア又はファームウェアによって実現されてもよい。例えば、ハードウェアによって実現されるならば、他の実施形態と同様に、ステップ又は方法は、当該技術分野で知られている以下の技術の1つ又はこれらの組合せによって実現され得る。データ信号の論理機能を実現する論理ゲート回路を有する個別論理回路、適切な論理ゲート回路を有する特定用途向け集積回路、プログラム可能なゲートアレイ(PGA)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)など。
この分野における通常の知識を有する者は、本開示の方法を実証する上記のステップの全部又は一部は、関連するハードウェアをプログラムで指示することによって達成されてもよいことを理解するであろう。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に保持され、プログラムは、コンピュータ上で実行されるときに、本開示の方法の実施形態におけるステップの1つ又はその組合せを有してもよい。
さらに、本開示の実施形態の各機能セル(function cell)は、処理モジュールに統合されていてもよく、これらのセルは、独立した物理的な存在であってもよく、又は、2つ以上のセルが処理モジュールに統合されていてもよい。統合されたモジュールは、ハードウェアの形で、又は、ソフトウェア機能モジュールの形で実現され得る。統合されたモジュールがソフトウェア機能モジュールの形で実現され、単体製品として販売され又は使用される場合、統合されたモジュールはコンピュータ読み取り可能なストレージ媒体に保持され得る。
以上で言及された記憶媒体は、読み取り専用メモリ、磁気ディスク、CDなどでもよい。
この明細書全体を通して、「一実施形態」(an embodiment)、「複数の実施形態」(some embodiments)、「一実施形態」(one embodiment)、「別の実施例」(another example)、「一実施例」(an example)、「特定の実施例」(a specific example)、「複数の実施例」(some examples)に対する参照は、実施形態又は実施例との関連において記載された特定の特徴、構造、材質又は性質が、本開示の少なくとも一つの実施形態又は実施例に含まれることを意味する。このように、この明細書の様々な箇所における「実施形態において」(in some embodiments)、「一実施形態において」(in one embodiment)、「一実施形態において」(in an embodiment)、「別の実施例において」(in another example)、「一実施例において」(in an example)、「特定の実施例において」(in a specific example)又は「複数の実施例において」(in some examples)などのフレーズの出現は、必ずしも本開示の同一の実施形態又は実施例を参照していない。さらに、特定の特徴、構造、材質又は性質は、1以上の実施形態又は実施例において、任意の適切な方法で組み合わされてもよい。
実施例が説明され、示されてきたが、この技術分野における通常の知識を有する者によって、上記の実施形態は、本開示を限定するように解釈されず、本開示の本質、原則及び範囲からかい離することなく、変更、代替及び変形が行われてもよいことが理解される。
実施例が説明され、示されてきたが、この技術分野における通常の知識を有する者によって、上記の実施形態は、本開示を限定するように解釈されず、本開示の本質、原則及び範囲からかい離することなく、変更、代替及び変形が行われてもよいことが理解される。
(付記)
(付記1)
それぞれが、電源電池と、エネルギー制御装置と、充放電ソケットと、を備える、第1電気自動車及び第2電気自動車を備える、車両の相互充電システムであって、
前記エネルギー制御装置は、
前記電源電池の第1端子に接続された第1DC端子及び前記電源電池の第2端子に接続された第2DC端子を有する3レベル双方向DC−ACモジュールと、
前記3レベル双方向DC−ACモジュールのAC端子に接続された第1端子及び前記充放電ソケットに接続された第2端子を有する充放電制御モジュールと、
前記充放電制御モジュールの第3端子に接続され、前記自動車の現在の動作モードに従って、前記充放電制御モジュールを制御するように構成された制御モジュールと、を備え、
当該システムは、
前記第1電気自動車と前記第2電気自動車との間に接続され、第1充電ガンアダプタ及び第2充電ガンアダプタをその両端にそれぞれ備える充電コネクタであって、前記第1充電ガンアダプタは、前記第1電気自動車の前記充放電ソケットに接続され、前記第2充電ガンアダプタは、前記第2電気自動車の前記充放電ソケットに接続された、充電コネクタ、を備え、
前記第1電気自動車の前記現在の動作モードが放電モードであり、且つ、前記第2電気自動車の前記現在の動作モードが充電モードにあるとき、前記第1電気自動車は、前記充電コネクタを通して前記第2電気自動車を充電する、
車両の相互充電システム。
(付記2)
前記第1電気自動車及び前記第2電気自動車は、前記充電コネクタを通して相互に通信する、
付記1に記載のシステム。
(付記3)
前記第1電気自動車の前記エネルギー制御装置は、前記充電コネクタを通して充電パイルアナログ信号を前記第2電気自動車の前記充放電ソケットに出力し、前記第1電気自動車の前記エネルギー制御装置は、放電状態に入り、放電経路を提供するように、前記第1電気自動車の前記電源電池を制御し、前記第2電気自動車の前記エネルギー制御装置は、充電状態に入り、充電経路を提供するように、前記第2電気自動車の前記電源電池を制御する、
付記1又は2に記載のシステム。
(付記4)
前記エネルギー制御装置は、前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記AC端子に接続された第1端子及びモータに接続された第2端子を有するモータ制御スイッチをさらに備え、
前記制御モジュールは、前記モータ制御スイッチの第3端子に接続され、前記第1電気自動車の前記現在の動作モードが放電モードであり、且つ、前記第2電気自動車の前記現在の動作モードが充電モードであるとき、前記モータ制御スイッチをオフに制御し、前記3レベル双方向DC−ACモジュールを開始するために、前記充放電制御モジュールをオンに制御するように構成されている、
付記1乃至3のいずれか1つに記載のシステム。
(付記5)
前記3レベル双方向DC−ACモジュールは、
直列に接続され、前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記第1DC端子と前記第2DC端子との間に接続された、第1キャパシタ及び第2キャパシタであって、第1ノードが当該第1キャパシタ及び当該第2キャパシタの間に定義される、第1キャパシタ及び第2キャパシタと、
直列に接続され、前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記第1DC端子と前記第2DC端子との間に接続された、第1IGBT及び第2IGBTであって、第2ノードが当該第1IGBT及び当該第2IGBTの間に定義される、第1IGBT及び第2IGBTと、
直列に接続され、前記第1ノードと前記第2ノードとの間に接続された第3IGBT及び第4IGBTと、
直列に接続され、前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記第1DC端子と前記第2DC端子との間に接続された、第5IGBT及び第6IGBTであって、第3ノードが当該第5IGBT及び当該第6IGBTの間に定義される、第5IGBT及び第6IGBTと、
直列に接続され、前記第1ノードと前記第3ノードとの間に接続された第7IGBT及び第8IGBTと、
直列に接続され、前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記第1DC端子と前記第2DC端子との間に接続された、第9IGBT及び第10IGBTであって、第4ノードが当該第9IGBT及び当該第10IGBTの間に定義される、第9IGBT及び第10IGBTと、
直列に接続され、前記第1ノードと前記第4ノードとの間に接続された第11IGBT及び第12IGBTと、を備え、
前記第2ノード、前記第3ノード及び前記第4ノードは、前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記AC端子として構成される、
付記1乃至4のいずれか1つに記載のシステム。
(付記6)
前記エネルギー制御装置は、
直列に接続され、前記電源電池の前記第1端子と前記第2端子との間に接続された、第1コモンモードキャパシタ及び第2コモンモードキャパシタであって、当該第1コモンモードキャパシタ及び当該第2コモンモードキャパシタの間のノードは接地されている、第1コモンモードキャパシタ及び第2コモンモードキャパシタ、をさらに備える、
付記1乃至5のいずれか1つに記載のシステム。
(付記7)
前記エネルギー制御装置は、
前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記AC端子と前記充放電制御モジュールとの間に接続されたフィルタリングモジュールをさらに備える、
付記1乃至6のいずれか1つに記載のシステム。
(付記8)
前記エネルギー制御装置は、
前記第1ノードと前記フィルタリングモジュールとの間に接続されたフィルタリング制御モジュールであって、前記自動車が駆動モードにあるとき、前記制御モジュールは、前記フィルタリング制御モジュールをオフに制御する、フィルタリング制御モジュール、をさらに備える、
付記7に記載のシステム。
(付記9)
前記エネルギー制御装置は、
前記充放電ソケットと前記充放電制御モジュールとの間に接続されたEMIフィルタモジュールをさらに備える、
付記1乃至8のいずれか1つに記載のシステム。
(付記10)
前記エネルギー制御装置は、
前記充放電制御モジュールに並列に接続され、前記フィルタリングモジュール内のキャパシタを充電するように構成された、プリチャージ制御モジュールをさらに備え、
前記第1電気自動車の前記現在の動作モードが放電モードであるとき、前記制御モジュールは、前記フィルタリング制御モジュールをオンに制御し、且つ、前記フィルタリングモジュール内の前記キャパシタの電圧が所定の閾値に達するまで、前記フィルタリングモジュール内の前記キャパシタをプリチャージするように前記プリチャージ制御モジュールを制御し、その後、前記制御モジュールは、前記プリチャージ制御モジュールをオフに制御し、且つ、前記充放電制御モジュールをオンに制御する、
付記8に記載のシステム。
(付記11)
前記充放電制御モジュールは、
三相充放電又は単相充放電を実施するように構成された三相スイッチ及び/又は単相スイッチをさらに備える、
付記1乃至10のいずれか1つに記載のシステム。
(付記12)
第1電気自動車と第2電気自動車との間に接続され、
その両端に第1充電ガンアダプタ及び第2充電ガンアダプタを備える充電コネクタであって、前記第1充電ガンアダプタは、前記第1電気自動車の充放電ソケットに接続され、当該第2充電ガンアダプタは、前記第2電気自動車の充放電ソケットに接続された、充電コネクタ。



  1. それぞれが、電源電池と、エネルギー制御装置と、充放電ソケットと、を備える、第1電気自動車及び第2電気自動車を備える、車両の相互充電システムであって、
    前記エネルギー制御装置は、
    前記電源電池の第1端子に接続された第1DC端子及び前記電源電池の第2端子に接続された第2DC端子を有する3レベル双方向DC−ACモジュールと、
    前記3レベル双方向DC−ACモジュールのAC端子に接続された第1端子及び前記充放電ソケットに接続された第2端子を有する充放電制御モジュールと、
    前記充放電制御モジュールの第3端子に接続され、前記自動車の現在の動作モードに従って、前記充放電制御モジュールを制御するように構成された制御モジュールと、を備え、
    当該システムは、
    前記第1電気自動車と前記第2電気自動車との間に接続され、第1充電ガンアダプタ及び第2充電ガンアダプタをその両端にそれぞれ備える充電コネクタであって、前記第1充電ガンアダプタは、前記第1電気自動車の前記充放電ソケットに接続され、前記第2充電ガンアダプタは、前記第2電気自動車の前記充放電ソケットに接続された、充電コネクタ、を備え、
    前記第1電気自動車の前記現在の動作モードが放電モードであり、且つ、前記第2電気自動車の前記現在の動作モードが充電モードにあるとき、前記第1電気自動車は、前記充電コネクタを通して前記第2電気自動車を充電する、
    車両の相互充電システム。

  2. 前記第1電気自動車及び前記第2電気自動車は、前記充電コネクタを通して相互に通信する、
    請求項1に記載のシステム。

  3. 前記第1電気自動車の前記エネルギー制御装置は、前記充電コネクタを通して充電パイルアナログ信号を前記第2電気自動車の前記充放電ソケットに出力し、前記第1電気自動車の前記エネルギー制御装置は、放電状態に入り、放電経路を提供するように、前記第1電気自動車の前記電源電池を制御し、前記第2電気自動車の前記エネルギー制御装置は、充電状態に入り、充電経路を提供するように、前記第2電気自動車の前記電源電池を制御する、
    請求項1又は2に記載のシステム。

  4. 前記エネルギー制御装置は、前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記AC端子に接続された第1端子及びモータに接続された第2端子を有するモータ制御スイッチをさらに備え、
    前記制御モジュールは、前記モータ制御スイッチの第3端子に接続され、前記第1電気自動車の前記現在の動作モードが放電モードであり、且つ、前記第2電気自動車の前記現在の動作モードが充電モードであるとき、前記モータ制御スイッチをオフに制御し、前記3レベル双方向DC−ACモジュールを開始するために、前記充放電制御モジュールをオンに制御するように構成されている、
    請求項1乃至3のいずれか1項に記載のシステム。

  5. 前記3レベル双方向DC−ACモジュールは、
    直列に接続され、前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記第1DC端子と前記第2DC端子との間に接続された、第1キャパシタ及び第2キャパシタであって、第1ノードが当該第1キャパシタ及び当該第2キャパシタの間に定義される、第1キャパシタ及び第2キャパシタと、
    直列に接続され、前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記第1DC端子と前記第2DC端子との間に接続された、第1IGBT及び第2IGBTであって、第2ノードが当該第1IGBT及び当該第2IGBTの間に定義される、第1IGBT及び第2IGBTと、
    直列に接続され、前記第1ノードと前記第2ノードとの間に接続された第3IGBT及び第4IGBTと、
    直列に接続され、前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記第1DC端子と前記第2DC端子との間に接続された、第5IGBT及び第6IGBTであって、第3ノードが当該第5IGBT及び当該第6IGBTの間に定義される、第5IGBT及び第6IGBTと、
    直列に接続され、前記第1ノードと前記第3ノードとの間に接続された第7IGBT及び第8IGBTと、
    直列に接続され、前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記第1DC端子と前記第2DC端子との間に接続された、第9IGBT及び第10IGBTであって、第4ノードが当該第9IGBT及び当該第10IGBTの間に定義される、第9IGBT及び第10IGBTと、
    直列に接続され、前記第1ノードと前記第4ノードとの間に接続された第11IGBT及び第12IGBTと、を備え、
    前記第2ノード、前記第3ノード及び前記第4ノードは、前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記AC端子として構成される、
    請求項1乃至4のいずれか1項に記載のシステム。

  6. 前記エネルギー制御装置は、
    直列に接続され、前記電源電池の前記第1端子と前記第2端子との間に接続された、第1コモンモードキャパシタ及び第2コモンモードキャパシタであって、当該第1コモンモードキャパシタ及び当該第2コモンモードキャパシタの間のノードは接地されている、第1コモンモードキャパシタ及び第2コモンモードキャパシタ、をさらに備える、
    請求項1乃至5のいずれか1項に記載のシステム。

  7. 前記エネルギー制御装置は、
    前記3レベル双方向DC−ACモジュールの前記AC端子と前記充放電制御モジュールとの間に接続されたフィルタリングモジュールをさらに備える、
    請求項1乃至6のいずれか1項に記載のシステム。

  8. 前記エネルギー制御装置は、
    前記第1ノードと前記フィルタリングモジュールとの間に接続されたフィルタリング制御モジュールであって、前記自動車が駆動モードにあるとき、前記制御モジュールは、前記フィルタリング制御モジュールをオフに制御する、フィルタリング制御モジュール、をさらに備える、
    請求項7に記載のシステム。

  9. 前記エネルギー制御装置は、
    前記充放電ソケットと前記充放電制御モジュールとの間に接続されたEMIフィルタモジュールをさらに備える、
    請求項1乃至8のいずれか1項に記載のシステム。

  10. 前記エネルギー制御装置は、
    前記充放電制御モジュールに並列に接続され、前記フィルタリングモジュール内のキャパシタを充電するように構成された、プリチャージ制御モジュールをさらに備え、
    前記第1電気自動車の前記現在の動作モードが放電モードであるとき、前記制御モジュールは、前記フィルタリング制御モジュールをオンに制御し、且つ、前記フィルタリングモジュール内の前記キャパシタの電圧が所定の閾値に達するまで、前記フィルタリングモジュール内の前記キャパシタをプリチャージするように前記プリチャージ制御モジュールを制御し、その後、前記制御モジュールは、前記プリチャージ制御モジュールをオフに制御し、且つ、前記充放電制御モジュールをオンに制御する、
    請求項8に記載のシステム。

  11. 前記充放電制御モジュールは、
    三相充放電又は単相充放電を実施するように構成された三相スイッチ及び/又は単相スイッチをさらに備える、
    請求項1乃至10のいずれか1項に記載のシステム。

  12. 第1電気自動車と第2電気自動車との間に接続され、
    その両端に第1充電ガンアダプタ及び第2充電ガンアダプタを備える充電コネクタであって、前記第1充電ガンアダプタは、前記第1電気自動車の充放電ソケットに接続され、当該第2充電ガンアダプタは、前記第2電気自動車の充放電ソケットに接続された、充電コネクタ。

 

 

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