Быстродействующее зарядное устройство для электромобиля



Быстродействующее зарядное устройство для электромобиля
Быстродействующее зарядное устройство для электромобиля
Быстродействующее зарядное устройство для электромобиля
Быстродействующее зарядное устройство для электромобиля
Быстродействующее зарядное устройство для электромобиля
Быстродействующее зарядное устройство для электромобиля
Быстродействующее зарядное устройство для электромобиля
Быстродействующее зарядное устройство для электромобиля

 


Владельцы патента RU 2526324:

РЕНО С.А.С. (FR)

Устройство (1) зарядки батареи, содержащее входной выпрямительный каскад (6), выполненный с возможностью соединения с сетью (3) электропитания, и выходной инвертирующий каскад (7), выполненный с возможностью соединения с батареей (2). Устройство содержит средство регулирования среднего значения тока, полученного от входного каскада (6), относительно значения тока, образованного исходя из максимального тока, подаваемого сетью (3) электропитания, и в соответствии с коэффициентом, который, по меньшей мере, равен отношению максимального напряжения, выпрямленного входным каскадом (6), к напряжению батареи (2). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к зарядке батареи электромобиля, более конкретно к вмонтированному в автомобиль зарядному устройству, позволяющему перезаряжать батарею непосредственно от однофазной или трехфазной сети электропитания.

К одной из основных слабых сторон электромобилей относится их невысокая готовность к работе. На практике, когда батарея разряжена, электромобиль остается неработоспособным на протяжении времени перезарядки, которое может растянуться до нескольких часов.

Известно, что для сокращения времени перезарядки батареи следует увеличить зарядную мощность путем увеличения тока, потребляемого от сети. Также предлагается получать этот ток от трехфазной сети, а не от однофазной, при этом зарядная мощность повышается, если потребление тока осуществляется от трехфазной сети электропитания.

Документ JP 08308255 описывает устройство, дающее возможность заряжать батарею непосредственно от однофазной сети. Это устройство позволяет осуществлять перезарядку без использования контактора. В связи с этим оно изготавливается с применением малого числа компонентов. Например, могут быть использованы два диода и катушка индуктивности.

Однако индуктивность, которая наводится током сети электропитания, может стать существенной при более высоких зарядных мощностях. Тогда необходимо применять катушку индуктивности с повышенными мощностями. В этом случае в данном техническом решении сила индукции возрастает при возрастании ее величины. Вследствие этого применение устройства такого типа имеет определенное число существенных недостатков в значительной степени в результате того, что оно имеет большую зону действия при высоких зарядных мощностях. Более того, когда устройство работает от однофазной сети, напряжение батареи, подлежащей зарядке, должно быть выше, чем выпрямленное напряжение сети.

Патентный документ Японии 2002/293499 описывает встроенное трехфазное зарядное устройство. Однако здесь требуется контактор для переключения из режима тяги в режим перезарядки батареи электромобиля. Кроме того, в этом зарядном устройстве применяется диодный выпрямитель для трехфазной сети, который создает некоторое количество гармонических составляющих тока, которые находятся вне пределов, установленных большинством распределителей электрической энергии.

Таким образом, цель изобретения - решить проблемы, связанные с вышеупомянутыми недостатками, в частности предложить встроенное зарядное устройство, позволяющее заряжать батарею автомобиля непосредственно от однофазной или трехфазной сети и делать это без применения какого-либо контактора.

Следовательно, предметом изобретения в соответствии с первым аспектом является устройство для зарядки батареи, содержащее входной выпрямительный каскад, служащий для соединения с сетью электропитания, и выходной инвертирующий каскад, служащий для соединения с батареей.

Это устройство содержит средство регулирования среднего значения тока, полученного от входного каскада, относительно значения тока, определяемого в соответствии с максимальным током, подводимым от сети электропитания, и в соответствии с коэффициентом, который больше, чем соотношение между максимальным напряжением, подлежащим выпрямлению с помощью входного каскада, и напряжением батареи.

Предпочтительно, чтобы устройство содержало средство соединения, способное напрямую соединять входной выпрямительный каскад с трехфазной сетью электропитания или однофазной сетью электропитания.

Также предоставляется возможность соединять входной выпрямительный каскад с однофазной сетью электропитания переменного или постоянного тока.

Предпочтительно, чтобы входной каскад содержал, по меньшей мере, один обратный диод.

Обратный диод, несмотря на то что он функционально не обладает преимуществом в отношении защиты от короткого замыкания плеча входного каскада, он имеет преимущество в отношении сокращения потерь на рассеяние. Практически рассеяние на диоде намного меньше, чем в случае циркуляции тока в двух диодах и двух транзисторах, включенных последовательно. Это также является достоинством с точки зрения уровня безопасности работы в случае изменения или потери управления. Практически операция ограничивается выдачей команды для запирания всех транзисторов, и тогда ток от обмотки статора может продолжать циркулировать через этот диод.

Устройство может содержать первое средство управления входным каскадом и второе средство управления выходным каскадом, способное управлять выходным каскадом, причем первое средство управления входным выпрямительным каскадом является независимым от второго средства управления выходным инвертирующим каскадом.

Первое средство управления содержит средство управления циклическим режимом переключения управляющего сигнала для входного каскада или контур регулирования.

Например, циклический режим, в соответствии с которым происходит управление входным выпрямительным каскадом, соответствует циклическому режиму включения транзистора.

Устройство зарядки батареи выполнено так, чтобы быть вмонтированным в автомобиль, содержащий, по меньшей мере, одно электрическое тяговое устройство, т.е. устройство, содержащее, по меньшей мере, электрический двигатель и инвертор. Выходной инвертирующий каскад устройства зарядки батареи может быть сформирован с помощью инвертирующего каскада системы тяги автомобиля.

Таким образом, зарядное устройство является полностью встроенным в автомобиль и не требует применения дополнительного выходного инвертирующего каскада, так как используется инвертирующий каскад, уже присутствующий в автомобиле. Следовательно, это дает возможность предусматривать места для осуществления зарядки в инфраструктуре, причем места для осуществления зарядки являются просто выходными штепсельными разъемами сети электропитания, что снижает стоимость. Кроме того, сокращается стоимость сети инфраструктуры, что приводит к возможности увеличить число мест для осуществления зарядки с целью обеспечения более полной зоны действия для пользователей автомобиля.

Устройство может содержать встроенное в автомобиль средство фильтрации, служащее для фильтрации потребляемого устройством тока от сети электропитания.

Ток, потребляемый от трехфазной электросети, в основном может быть отфильтрован с помощью входных емкостей и фильтра ЭМС (электромагнитной совместимости) так, чтобы этот ток удовлетворял ограничивающим условиям сетевых соединений в отношении маски гармоник.

Также индуктивность катушек статора электромобиля может применяться как энергетический буферный фильтр. На практике, когда зарядная мощность высокая, собственный объем и вес индуктивного и/или емкостного фильтра был бы недопустимым для установки в автомобиль. Например, вес индуктивного и/или емкостного фильтра может иметь величину до 30 килограммов и занимать в автомобиле объем около 20 литров для 63-амперного (63 А) устройства зарядки батарей при 400-вольтовой трехфазной сети и при напряжениях батареи в диапазоне 250-400 В.

Что касается другого аспекта, то предлагается способ зарядки батареи в одном варианте реализации.

Данный способ содержит регулирование среднего значения тока, полученного от входного выпрямительного каскада, относительно величины тока, создаваемого максимальным током, потребляемым от сети электропитания, и в соответствии с коэффициентом, который, по меньшей мере, равен соотношению между максимальным напряжением, выпрямляемым входным выпрямительным каскадом, и напряжением батареи.

Входной каскад напрямую соединяется с трехфазной сетью электропитания или однофазной сетью электропитания.

Другими словами, входной каскад соединяется с трехфазной или однофазной электросетью без применения какого-либо контактора. Следовательно, дается возможность обеспечивать работу и в режиме зарядки, и в режиме тяги без применения контакторов, чтобы переключать из одного положения в другое.

Более того, входной каскад может напрямую соединяться с однофазной электросетью постоянного тока.

Ток от выходного инвертирующего каскада имеет возможность циркулировать в, по меньшей мере, одном обратном диоде.

Следовательно, выходной ток катушек статора может продолжать циркулировать в обратных диодах.

Предпочтительно, чтобы входной выпрямительный каскад управлялся с помощью циклического режима переключения управляющего сигнала для входного каскада или с помощью контура регулирования, причем управление входным выпрямительным каскадом является независимым от управления выходным инвертирующим каскадом.

Ток, принимаемый от электросети, затем может управляться с помощью циклического режима, иначе говоря, длительности тока, импульсов, которые будут использоваться при управлении транзисторами входного выпрямительного каскада.

Способ также содержит фильтрацию тока от электросети, потребляемого устройством, используя встроенные средства фильтрации.

Другие преимущества и особенности изобретения будут понятны из подробного описания одного варианта реализации изобретения, который никоим образом не является ограничивающим, и из сопроводительных чертежей, где:

фиг.1 представляет блок-схему устройства зарядки батареи в соответствии с вариантом реализации изобретения;

фиг.2 иллюстрирует вариант реализации устройства зарядки батареи;

фиг.3А представляет пример средства регулирования;

фиг.3В представляет пример средства регулирования;

фиг.4 представляет схему зарядного устройства для батареи, работающего от однофазной электросети;

фиг.5 представляет схему устройства зарядки батареи, работающего от напряжения постоянного тока;

фиг.6 представляет другой вариант реализации устройства зарядки батареи;

фиг.7 представляет блок-схему способа зарядки батареи в соответствии с одним вариантом реализации.

Фиг.1 представляет блок-схему устройства 1 зарядки батареи 2 автомобиля с электрической системой тяги с приводом от электросети 3.

Это зарядное устройство 1 является встроенным, то есть вмонтированным в панель автомобиля. Оно конструктивно исполнено так, чтобы регулировать зарядку батареи с целью подачи энергии, необходимой для приведения в движение, а также чтобы обеспечить зарядку батареи либо от однофазной сети электропитания, либо от трехфазной сети электропитания.

Зарядное устройство 1 содержит средство 4 соединения, позволяющее соединять зарядное устройство 1 с электросетью 3. Например, подходящим средством соединения мог бы быть применяемый в промышленности штепсельный разъем серии 63 РК, серийно выпускаемый фирмой Schneider-Electric. Также могли бы подойти другие подобные штепсельные разъемы. Оно также содержит средство 5 фильтрации, позволяющее фильтровать ток от электросети, потребляемый устройством 1.

Более того, устройство содержит входной выпрямительный каскад 6, соединенный с выходом средства 5 фильтрации и позволяющий выпрямлять переменный ток, полученный от электросети 3, и выходной инвертирующий каскад 7, соединенный с батареей 2. Входной каскад 6 и выходной каскад 7 управляются первым и вторым управляющими средствами 8 и 9.

В первом варианте реализации изобретения входной каскад 6 и выходной каскад 7 могут управляться соответствующими первым и вторым средствами 8 и 9 управления зависимым образом. Это достигается путем синхронизации управляющего напряжения транзисторов 12 входного каскада 6 с управляющим напряжением транзисторов 16 выходного каскада 7.

Во втором варианте реализации изобретения первое и второе устройства 8 и 9 управления могут управляться независимо. Следовательно, и входной каскад 6, и выходной каскад 7 могут управляться независимо с помощью их собственных соответствующих средств 8 и 9 управления.

Предпочтительно, чтобы первое средство 8 управления было типа средства регулирования, показанного на фиг.3А. Второе средство 9 управления может быть типа средства регулирования, показанного на фиг.3В. Оба типа средств регулирования будут в дальнейшем описаны.

Первое средство 8 управления входного каскада 6 принимает на вход сигнал, полученный от модуля 10 измерения выходного тока входного каскада 6.

Фиг.2 подробно воспроизводит вариант реализации устройства 1 зарядки батареи 2. Устройство 1 содержит три соответствующие ступени. Эти три ступени могут соединяться с трехфазной электросетью или однофазной электросетью. В последнем случае две соответствующие ступени присоединяются к фазе и к нейтрали однофазной электросети, а третья соответствующая ступень не используется.

Как можно видеть на фиг.2, средство 5 фильтрации содержит ЭМС (электромагнитной совместимости) фильтр 5а и фильтрующие конденсаторы 5b. Например, ЭМС фильтр 5а является фильтром с индуктивностями и синфазными емкостями, позволяющим фильтровать импульсы тока, создаваемые транзисторами входного 6 и выходного 7 каскадов устройства 1. Средство фильтрации 5 позволяют фильтровать полученный таким образом ток так, чтобы этот ток удовлетворял ограничениям для сетевого соединения, налагаемым операторами сети в отношении гармоник, а также ограничениям для автомобиля.

Вместо схемы соединения конденсаторов так называемой «звездой» можно соединять конденсаторы 5b в соответствии со схемой соединения так называемым «треугольником» (не показано), то есть путем включения конденсаторов между каждой фазой и нейтралью на выходе ЭМС средства 5а фильтрации. Таким образом, уменьшается величина тока, проходящего через них.

Входной выпрямительный каскад 6 содержит схему выпрямления, состоящую из диодов 11, соединенных последовательно с транзисторами 12. Схема выпрямления содержит три ветви, соединенные параллельно друг другу, причем каждая из ветвей содержит комбинацию, состоящую из следующих друг за другом диода 11, двух транзисторов 12 и диода 11. Оба диода включены в одном и том же направлении пропускания. Также каждая ветвь соединена с фазой, причем соединение осуществляется между двумя транзисторами 12.

Эта схема выпрямления соединяется параллельно с, по меньшей мере, одним обратным диодом 13.

Входной выпрямительный каскад 6 соединен на выходе с блоком 10 для измерения тока входного каскада 6, например амперметром, чтобы регулировать этот ток путем управления входным выпрямительным каскадом 6.

Выходной инвертирующий каскад 7 соединен с выходом измерительного блока 10 через три обмотки 14 статора. Каждая катушка 14 статора на входе соединяется с измерительным блоком 10. Таким образом, ток от входного выпрямительного каскада 6 распределяется на три ветви схемы выходного инвертирующего каскада 7.

На практике выходной инвертирующий каскад 7 также содержит схему, состоящую из трех параллельно соединенных ветвей. Каждая ветвь содержит последовательное соединение двух групп, каждая из которых состоит из диода 15 и транзистора 16, соединенных параллельно. Оба диода 15 одной и той же ветви включены в одном и том же направлении пропускания.

Каждая катушка 14 соединяется с ветвью схемы выходного инвертирующего каскада 7. Соединение осуществляется между двумя последовательно соединенными группами.

И, наконец, выходной инвертирующий каскад 7 на выходе соединяется с батареей 2.

Оптимизация устройства 1 состоит в постоянном или периодическом, например с частотой выборки 100 микросекунд, регулировании минимального среднего значения выходного тока входного выпрямительного каскада 6 в соответствии с напряжением батареи, а не в оставлении этого тока постоянно на его наивысшем значении. Таким образом эффективность входного выпрямительного каскада 6 повышается за счет сокращения потерь во время переключения транзисторов 12, которые переключаются меньшими токами.

При этих условиях получается, что среднее напряжение на выходе входного выпрямительного каскада 6, другими словами на выводах обратного диода 13, меньше, чем напряжение от батареи 2, по меньшей мере, на величину падения напряжения в месте соединения верхних диодов выходного каскада 7. Тогда выходной инвертирующий каскад 7, содержащий инвертор тяги, и катушки 14 статора могут управляться.

Конкретнее, среднее напряжение контролируется с помощью периодов «свободного хода», то есть периодов открытого состояния, обратного диода 13, в течение которых напряжение на его выводах практически нулевое, в пределах падения напряжения перехода в диоде 13. Чем длиннее эти периоды, тем ниже среднее напряжение.

Таким образом, возможно последовательно управлять каждым транзистором 12 входного выпрямительного каскада 6 с помощью периодов свободного состояния благодаря первому средству 8 управления входного каскада. Следовательно, имеется возможность напрямую управлять входным выпрямительным каскадом 6 с помощью регулирования циклического режима сигналов переключения транзисторов 12, т.е. система с разомкнутым контуром, предварительно рассчитанная во время испытаний, может обеспечить быстрое реагирование. Или же входной выпрямительный каскад 6 может напрямую управляться с помощью применения контура регулирования, который стремится сократить отклонение между контрольным параметром и измеренным выходным током входного выпрямительного каскада 6, что может обеспечить точный контроль, но с более медленным временем реагирования, например, согласно PI или PID структуре. В качестве другого варианта входной выпрямительный каскад 6 может напрямую управляться путем применения контура регулирования и путем установки циклического режима сигнала переключения способом, подобным способу регулирования, описанному на фиг.3В, но с другими параметрами, которые обеспечивают точное и быстрое время реагирования.

Например, можно оптимизировать диапазон напряжения на выводах обратного диода 13 путем минимизации уровня гармоник сети электропитания. Затем это напряжение лучше подвергать фильтрации с помощью статора электромобиля.

Также имеется возможность снизить количество переключений и, следовательно, потери, образованные входным выпрямительным каскадом 6. Чем меньше число переключений, тем меньше потери. С другой стороны, напряжение, полученное в этом случае, содержит низкочастотные гармоники, которые, следовательно, будут в меньшей степени фильтроваться катушками статора.

Первое устройство управления 8 входного каскада управляет током, полученным от трехфазной электросети, за счет длительности импульсов тока, которые подаются на управляющие электроды транзисторов 12 входного выпрямительного каскада 6.

Выходной инвертирующий каскад 7 содержит элементы, относящиеся к тяговой системе электромобиля. Другими словами, инвертирующий каскад системы тяги в этом случае представляет собой выходной каскад 7 зарядного устройства. Таким образом, автомобиль не требует второго инвертирующего каскада между батареей 2 и тяговым устройством.

Назначение этого выходного каскада 7 - подавать на батарею определенный зарядный ток, который обязательно меньше, чем средний ток, полученный от входного выпрямительного каскада 6, на основании тока регулирования, полученного от входного выпрямительного каскада 6. Зарядный ток определяется на основании мощности сети электропитания и напряжении батареи. Например, верхний предел зарядного тока может достигать 200 А при том, что электросеть поставляет мощность 43 кВт и напряжение батареи составляет 200 В, когда она разряжена.

Чтобы ограничить спектр гармоник токов, циркулирующих в батарее, каждая ветвь схемы выходного инвертирующего каскада 7 может также управляться вторым средством 9 управления, которое является независимым по отношению к средству 8 управления входного каскада. Допустимый спектр гармоник токов должен определяться путем проведения испытаний в отношении применяемой батареи, чтобы обеспечить надлежащую надежность батареи. Импульс управляющего напряжения каждой ветви схемы выходного инвертирующего каскада 7 является, например, смещенным на треть периода относительно друг друга для схемы с тремя ветвями. Диапазон допустимых смещений зависит от числа ветвей и, следовательно, смещения находятся в диапазоне от 0 до величины отношения периода к числу ветвей.

Каждая ветвь схемы выходного инвертирующего каскада 7 управляется в отдельности с помощью контура регулирования, который является для нее определенным, или совместно, а именно с помощью одного и того же циклического режима, служащего для управления каждой ветвью.

Фиг.3А представляет пример средства 20 регулирования, содержащегося в первом средстве 8 управления входного выпрямительного каскада 6.

На вход средства 20 регулирования поступает ток IDC (Iп.т.) с выхода входного выпрямительного каскада 6, измеряемый измерительным блоком 10. Затем средство 21 сравнения определяют разницу между измеренным должным образом током IDC, получаемым с выхода входного выпрямительного каскада 6, и значением опорного тока IDC ref (Iп.т. опор.), к которому требуется подгонять ток IDC. Средства 21 сравнения содержат цифровое вычислительное устройство для вычитания двух значений тока или в качестве варианта содержат аналоговые схемы, такие как вычитающие устройства.

Значение опорного тока IDC ref может быть постоянным, равным (или не более чем на 10% выше) максимальному значению между соотношением зарядной мощности батареи, деленной на минимальное напряжение батареи, когда батарея находится в разряженном состоянии, и тока пикового импульса сети электропитания. В качестве варианта значение опорного тока IDC ref может определяться в соответствии с напряжением батареи, которое пропорционально току батареи, умноженному на напряжение батареи, деленном на среднее напряжение на выводах обратного диода 13 (чтобы иметь надежное в эксплуатации устройство, ток IDC ref может быть увеличен до 115% от расчетного значения). Следовательно, IDC ref снижается при снижении тока батареи благодаря постоянной входной мощности, которая приводит к тому, что отношение, полученное от деления напряжения батареи Vbatt на среднее напряжение на выводах обратного диода 13, является в основном постоянным.

Разница, рассчитанная таким способом с помощью средств 21 сравнения, поступает на блок 22 регулирования (например, ПИД регулятор), который затем производит коррекцию, такую как коррекция пропорционально-интегрального типа, которая дает возможность подавать на выход от сети электропитания ток требуемой амплитуды, отражающий мощность сети.

Амплитуда тока, надлежащим образом подаваемая блоком 22 регулирования, умножается с помощью вычислительного средства 23, функционирующего как электронная схема умножения, при этом напряжение электросети предварительно синхронизируется и нормализуется с помощью средства 24 синхронизации. Выход средства 24 синхронизации имеет форму сигнала напряжения (определяемого, в основном, своей частотой и фазой), амплитуда которого нормализуется в пределах постоянного диапазона. Таким образом, выход средства 22 регулирования, обеспечивающего амплитуду тока, преобразовывается на выходе вычислительных средств 23 в опорный ток, форма которого адаптирована к форме сигнала тока сети электропитания.

Подходящим средством 24 синхронизации может быть контур фазовой синхронизации PLL.

Вычислительное средство 23 затем подает в качестве выходного сигнала заданное значение тока (например, 16, 32, 63 А) для электросети к средству 25 управления, способного создавать алгоритм управления для транзисторов 12 входного выпрямительного каскада 6. Соответствующее средство 25 управления образует пространственный вектор тока. Такой пространственный вектор тока является адаптацией пространственного вектора напряжения, обычно используемого в инверторах, но вместо времени нечувствительности между переключениями, как в пространственном векторе напряжения, имеются периоды перекрытия в момент переключения.

Фиг.3В показывает на примере средство 200 регулирования, которое находится во втором средстве 9 управления выходного каскада 7.

Средство 7 регулирования получают на свой вход опорный входной ток Ibatt ref (Iбат опор). Опорный ток Ibatt ref батареи является током, который требуется для батареи. Ibatt ref рассчитывается и выдается расчетным устройством батареи на основе различных внутренних характеристик батареи, например изменение свойств в результате старения, температура, равновесие между ячейками, химический состав электродов и т.д. Затем средство 210 сравнения определяет разницу между надлежащим образом измеренным входным током Ibatt батареи, который измеряется на входном зажиме батареи 2 амперметром, и величиной опорного входного тока Ibatt ref, к которому следует подгонять входной ток Ibatt.. Средство 210 сравнения может содержать цифровую вычислительную машину, подходящую для вычитания двух значений тока, или же содержать аналоговые схемы, такие как вычитающие устройства.

Разница, рассчитанная таким образом с помощью средств 210 сравнения, подается на блок 220 регулирования, который затем осуществляет коррекцию, такую как коррекция пропорционально-интегрального типа.

Параллельно устройство 250 прямой связи, например вычислительное устройство, служащее для умножения сигнала на постоянную величину, получает на свой вход опорный входной ток Ibatt ref. Затем устройство 250 прямой связи вычисляет контрольную величину разомкнутой цепи, которая представляет основную часть контрольной величины. Контрольная величина получается из отношения между опорным током батареи, деленным на ток, измеренный измерительным блоком 10. Она обычно составляет, по меньшей мере, 90% от контрольной величины.

Затем окончательная контрольная величина получается путем сложения выходного значения устройства 250 прямой связи с выходным значением блока 220 регулирования. Суммирующее устройство 230 содержит цифровую вычислительную машину, предназначенную для сложения двух величин, или же содержит аналоговые схемы, такие как схемы суммирования.

Фиг.4 изображает устройство 1 зарядки батареи 2, работающее от однофазной электросети 40. На этом чертеже элементам, аналогичным описанным ранее, присвоены те же самые ссылочные цифровые обозначения.

Принцип работы выходного инвертирующего каскада 7 остается таким же, как и в случае, когда устройство 1 работает от трехфазной сети электропитания. Входной каскад, с другой стороны, имеет только четыре транзистора 12, которые переключаются так, чтобы обеспечить синусоидальное потребление входного тока. Зарядное устройство не зависит от уровня напряжения и частоты трехфазной электросети и может быть приспособлено, например, к Европейской электросети 400 В/50 Гц, или к электросети Японии 200 В/50 Гц или 200 В/60 Гц, или к электросети США 208 В/60 Гц.

Фиг.5 изображает устройство 1 зарядки батареи 2, работающее от источника 50 напряжения постоянного тока. На этом чертеже элементам, аналогичным описанным ранее, присвоены те же самые цифровые ссылочные обозначения.

Выходной инверторный выходной каскад 7 сохраняет тот же самый принцип управления, как выходной каскад устройства, изображенного на фиг.4. Следовательно, этот вариант его реализации в основном заключает в себе подачу напряжения постоянного тока на вход устройства вместо подачи однофазного питания.

Профиль остается непрерывным, в то время как амплитуда остается параметром, получаемым на основании регулирования. Зарядное устройство не зависит от уровня напряжения источника питания постоянного тока.

Фиг.6, на которой элементы, идентичные элементам, изображенным на фиг.2-5, даны с теми же самыми обозначениями, представляет другой вариант реализации устройства 1 зарядки батареи 2.

В этом варианте реализации три фазы обозначены P1, Р2 и Р3, а нейтраль обозначена N. Для провода нейтрали N трехфазной сети электропитания предусматривается добавочное соединение. В этом случае во входной выпрямительный каскад 6 добавляется второй обратный диод 17, а также конденсатор 5с для фильтрации нейтрали, расположенный между проводом нейтрали N и общей точкой С фильтрующих конденсаторов 5b. Второй конденсатор 5с дает возможность осуществить фильтрацию между нейтральным проводом и фазами. Второй обратный диод 17 соединяется последовательно перед первым обратным диодом 13 в направлении пропускания. Нейтральный провод соединяется с ветвью, соответствующим образом сформированной двумя обратными диодами 13 и 17, соединенными последовательно, причем соединение осуществляется между двумя обратными диодами 13 и 17.

Или же фильтрующие конденсаторы 5b могут быть установлены в соответствии со схемой «треугольник», как объяснялось при детальном рассмотрении варианта реализации на фиг.2. Тогда нет необходимости использовать конденсатор 5с фильтрации нейтрали.

Также имеется возможность применять зарядное устройство 1, созданное в соответствии с этим вариантом реализации, с однофазной сетью электропитания путем соединения нейтрального провода однофазной сети электропитания со специальным входом, соединенным с ветвью, содержащей два обратных диода 13 и 17.

Зарядное устройство не зависит от уровня напряжения и частоты однофазной сети электропитания и может быть приспособлено, например, к Европейской сети электропитания 230 В/50 Гц, к сети электропитания Японии 100 В/50 Гц или 100 В/60 Гц, или к сети электропитания США 120 В/60 Гц.

Фиг.7 изображает блок-схему последовательности операций при осуществлении способа зарядки батареи электромобиля.

На первом этапе 701 входной выпрямительный каскад 6 устройства 1 зарядки батареи 2 соединяется с сетью 3 электропитания через фильтрующее устройство 5 и соединительное средство 4. Для соединения не требуется контактор.

На следующем этапе 702 ток от сети электропитания, потребляемый, используя устройство 5 фильтрации, содержащее ЭМС фильтр 5а и конденсатор 5b, фильтруется так, чтобы ток удовлетворял ограничительным условиям в отношении маски гармоник при подключении электропитания.

На следующем этапе 703 измеряется ток IDC на выходе входного выпрямительного каскада 6. В результате этого измерения на следующем этапе 704 выходной ток IDC входного каскада регулируется с помощью управления транзисторами 12 входного каскада 6.

И, наконец, на этапе 705 зарядка батареи 2 электромобиля прекращается, как только зарядное напряжение батареи 2 достигнет своего максимума.

Таким образом, описанное зарядное устройство 1 позволяет устранить ограничительное условие, которое требует, чтобы напряжение батареи было постоянно больше, чем максимальное напряжение сети электропитания.

Также оно позволяет использовать только индуктивность катушек 14 статора зарядного устройства 1 в качестве энергетического буферного фильтра. Практически когда зарядная мощность высокая, то зона действия и вес такого индуктивного и/или емкостного фильтра становятся препятствием для установки на панели автомобиля.

Оно также предоставляет возможность работать устройству в режиме зарядки или режиме тяги без необходимости применять контакторы для переключения с одного на другой рабочий режим.

И наконец, оно позволяет производить быструю зарядку батареи 2.

1. Устройство (1) зарядки батареи (2), содержащее входной выпрямительный каскад (6), выполненный с возможностью соединения с сетью (3) электропитания, и выходной инвертирующий каскад (7), выполненный с возможностью соединения с батарей (2), отличающееся тем, что содержит средство (20) регулирования среднего значения тока, получаемого от входного каскада (6), относительно величины тока, рассчитанной в соответствии с максимальным значением тока, подаваемого сетью (3) электропитания, и в соответствии с коэффициентом, который по меньшей мере равен отношению максимального напряжения, выпрямленного с помощью входного каскада (6), к напряжению батареи (2).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит соединительное средство (4), выполненное с возможностью соединения входного каскада (6) с трехфазной сетью электропитания или однофазной сетью электропитания.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что входной каскад (6) содержит по меньшей мере один обратный диод (13).

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что содержит первое средство (8) управления входным каскадом (6) и второе средство (9) управления выходным каскадом (7), выполненное с возможностью управления выпрямительным выходным каскадом (7), причем первое средство (8) управления входным каскадом не зависит от второго средства (9) управления инвертирующим выходным каскадом.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что первое средство (8) управления содержит средство управления продолжительностью включения переключающего управляющего сигнала для входного каскада или контур регулирования.

6. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что выполнено с возможностью установки в автомобиле с электрической системой тяги, при этом инвертирующий выходной каскад (7) сформирован с помощью инвертирующего каскада тяговой системы автомобиля.

7. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что содержит средство (5) фильтрации, вмонтированное в автомобиль, выполненное с возможностью фильтрации тока от сети (3) электропитания, потребляемого устройством (1).

8. Способ зарядки батареи, характеризующийся тем, что включает регулирование среднего значения тока, получаемого от выпрямительного входного каскада (6), относительно значения тока, полученного исходя из максимального тока, подводимого от сети (3) электропитания, и в соответствии с коэффициентом, который по меньшей мере равен отношению максимального напряжения, выпрямленного с помощью входного выпрямительного каскада (6), к напряжению батареи (2).

9. Способ по п.8, в котором входной каскад (6) подсоединен к трехфазной сети электропитания или к однофазной сети электропитания.

10. Способ по п.8 или 9, в котором обеспечивают протекание тока от инвертирующего выходного каскада (17) по меньшей мере в одном обратном диоде (13).

11. Способ по п.8 или 9, в котором входным выпрямительным каскадом (6) управляют посредством управления продолжительностью включения переключающего управляющего сигнала для входного каскада или посредством контура регулирования, причем управление входным выпрямительным каскадом (6) не зависит от управления выходным инвертирующим каскадом (7).

12. Способ по п.8 или 9, в котором выполняют фильтрацию тока от сети (3) электропитания, потребляемого устройством (1), применяя вмонтированное средство (5) фильтрации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству управления прекращением медленного передвижения для электромобиля. Устройство содержит средство определения области скоростей для запрещения прекращения медленного передвижения, средство запрещения прекращения медленного передвижения.

Изобретение относится к узлу электропитания воздушной линии (1), подвешиваемому на неподвижной опоре (2) и включающему неподвижную секцию и подвижную или гибкую секцию (5), содержащую токосъемники (9) для обеспечения электропитания транспортного средства (4) посредством верхней структуры захвата (11) на крыше транспортного средства при прохождении или остановке под узлом питания воздушной линии.

Изобретение относится к устройству управления прекращением медленного передвижения для транспортного средства с электроприводом. Устройство содержит средство определения движения транспортного средства в противоположном направлении и средство запрещения прекращения медленного передвижения.

Группа изобретений относится к блоку энергоснабжения, сухопутному транспортному средству, станции замены и способу замены блока энергоснабжения сухопутного транспортного средства.

Изобретение относится к автомобильной транспортной энергетической системе с принципом периодической зарядки и разрядки. Автомобильная транспортная энергетическая система содержит автомобильную электрическую дорогу, станции зарядки и разрядки электромобилей, транспортное средство.

Изобретение относится к области регулирования рулевого управления. Устройство улучшения ощущения рулевого управления содержит контроллер электродвигателя, датчик угла руления, аккумуляторную батарею, инвертер, таймер.

Электрическая тяговая цепь (1) для автотранспортного средства содержит бортовой подзаряжаемый источник (2) энергии. Тяговая цепь включает в себя статический преобразователь (5), выполненный с возможностью создания системы трехфазных напряжений, соединенный на входе с указанным подзаряжаемым источником (2) энергии.

Изобретение относится к способам преобразования энергии жидкого или газообразного топлива в электрическую и предназначено для гибридных транспортных средств. Способ заключается в том, что электрическую энергию аккумулируют в выбранные моменты времени в аккумуляторной батарее.

Группа изобретений относится к устройствам подачи энергии для транспортного средства. Каждое из устройств содержит формирователь высокочастотной энергии.

Изобретение относится к области управления электрическим транспортным средством. Устройство управления двигательной установкой электрического транспортного средства, включающее в себя устройство накопления мощности; блок преобразования мощности, управляющий двунаправленным потоком мощности, и блок управления, управляющий работой блока преобразования мощности. При преобразовании мощности постоянного тока из устройства накопления мощности блок управления побуждает блок преобразования мощности работать в качестве инвертора. При преобразовании мощности постоянного тока от источника питания постоянного тока блок управления побуждает блок преобразования мощности работать в качестве понижающего или повышающего прерывателя. Достигается уменьшение габаритов устройства. 14 з.п. ф-лы, 44 ил.

Изобретение относится к устройству управления уменьшением зазора в системе силовой передачи от электромотора до ходового колеса. Устройство управления уменьшением зазора для транспортного средства с электроприводом, которое двигается посредством передачи мощности из электромотора на ходовое колесо, содержит средство определения нахождения прекращения медленного передвижения; средство определения выбора диапазона движения при прекращении медленного передвижения и средство управления электромотором. Средство управления электромотором управляет электромотором так, что электромотор выводит крутящий момент, меньший крутящего момента для медленного передвижения, в направлении передачи тяги диапазона движения в течение ограниченного периода со времени. Ограниченный период является меньшим из заданного периода и периода, в течение которого диапазон движения выбирается в ходе удовлетворения условия разрешения прекращения медленного передвижения. Ограниченный период является минимумом продолжительности, требуемым для вызова крутящего момента для устранения зазора, существующего в системе силовой передачи электромотора в пределах от электромотора до ходового колеса. Достигается снижение силового зазора. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к аккумулятору транспортного средства. Аккумулятор транспортного средства содержит один аккумуляторный модуль, размещенный под панелью пола транспортного средства; другой аккумуляторный модуль, размещенный рядом с одним аккумуляторным модулем и имеющий высоту, превышающую высоту одного аккумуляторного модуля. Также аккумулятор содержит нагревательные модули, расположенные спереди и сзади одного аккумуляторного модуля таким образом, что они обращены к боковым поверхностям одного аккумуляторного модуля и нагревают один аккумуляторный модуль. Один из нагревательных модулей размещен между одним аккумуляторным модулем и другим аккумуляторным модулем и имеет высоту, меньшую высоты другого аккумуляторного модуля. Аккумулятор может содержать третий аккумуляторный модуль, расположенный под задним сиденьем, причем все три модуля последовательно размещены от передней стороны транспортного средства, а нагревательный модуль, расположенный позади второго аккумуляторного модуля, размещен между вторым аккумуляторным модулем и третьим аккумуляторным модулем и имеет высоту, меньшую высоты третьего аккумуляторного модуля. Повышается эффективность нагрева. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Бесконтактное зарядное устройство содержит: устройство приема энергии, которое имеет, по меньшей мере, катушку (1В) для приема энергии, которая принимает электроэнергию бесконтактным способом из катушки (1А) для передачи энергии посредством магнитного соединения; аккумулятор (5), который заряжается посредством электроэнергии; средство определения состояния заряда, которое определяет состояние заряда аккумулятора (5); средство определения позиции, которое определяет позицию катушки (1А) для передачи энергии; и средство вычисления времени зарядки, которое вычисляет первое время зарядки для аккумулятора (5) согласно состоянию заряда, определенное посредством средства определения состояния заряда, и первой позиции катушки (1А) для передачи энергии, определенной посредством средства определения позиции. Технический результат заключается в расширении допустимого диапазона времени зарядки и повышении удобства для пользователя. 12 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к бесконтактному зарядному устройству. Бесконтактное зарядное устройство содержит устройство приема мощности, содержащее катушку; аккумулятор; модуль определения состояния заряда аккумулятора; модуль задания допустимого диапазона для процесса заряда; модуль управления зарядом для управления мощностью процесса заряда для аккумулятора и дисплей для отображения допустимого диапазона для процесса заряда. Модуль задания допустимого диапазона для процесса заряда задает допустимый диапазон для процесса заряда шире по мере того, как состояние заряда выше. Повышается удобство пользования. 5 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к системе обмена энергией с электротранспортным средством. Система для обмена энергией с электротранспортным средством, в частности с его аккумулятором, содержит станцию обмена энергией, содержащую: порт для обмена энергией с источником энергии; порт для обмена энергией с ТС; порт для обмена данными с ТС; порт для обмена данными с устройством обработки данных; силовой преобразователь для обмена энергией между портом для обмена энергией с источником энергии и портом для обмена энергией с ТС. Устройство обработки данных содержит порт для обмена данными со станцией обмена энергией и порт для обмена данными с конфигурирующим устройством. Конфигурирующее устройство содержит порт для обмена данными с устройством обработки данных и интерфейс пользователя. Станция обмена энергией предоставляет информацию о ТС в устройство обработки данных, а в случае отсутствия информации проводит тест на ТС или на его аккумуляторе для определения характеристик. Способ обмена энергией с электротранспортным средством включает получение информации о ТС и возврат оптимизированных установочных параметров обмена энергией на станцию на основании полученной информации о ТС. Обмен энергией с ТС происходит в соответствии с установочными параметрами обмена энергией. Достигается расширение функциональных возможностей. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к зарядке аккумуляторных батарей гибридных автомобилей. Система зарядки аккумуляторных батарей для гибридного электрического транспортного средства содержит высоковольтную батарею; генератор; преобразователь напряжения; низковольтную батарею и зарядный генератор с приводом от двигательной установки. В системе используется блок управления, который измеряет: состояния заряда высоковольтной батареи; поток энергии от генератора в высоковольтную батарею или от высоковольтной батареи в тяговый двигатель. Блок управления регулирует низкое напряжение преобразователя напряжения так, чтобы оно было выше напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, при высоком уровне заряда высоковольтной батареи или когда энергия поступает в высоковольтную батарею. Также блок управления регулирует низкое напряжение преобразователя напряжения так, чтобы оно было ниже напряжения, обеспечиваемого зарядным генератором, при низком уровне заряда высоковольтной батареи или когда энергия отдается из высоковольтной батареи. Повышается срок службы высоковольтной батареи. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение отн осится к сети из нескольких зарядных устройств для аккумуляторов электромобилей. Каждое зарядное устройство содержит первое силовое соединение для обмена энергией с источником питания, преобразователь энергии, который осуществляет преобразование энергии от источника питания в зарядный ток подходящей величины для заряда электромобилей, второе силовое соединение для обмена энергией с электромобилем, по меньшей мере третье силовое соединение для обмена энергией с другим зарядным устройством. Устройство содержит управляемый силовой переключатель, присоединенный к преобразователю энергии, второму силовому соединению и по меньшей мере к третьему силовому соединению. Устройство содержит контроллер для управления переключателем, конфигурированный так, чтобы присоединить преобразователь энергии ко второму силовому соединению, когда нужно зарядить аккумулятор электромобиля от источника питания, присоединить преобразователь энергии по меньшей мере к одному третьему силовому соединению, когда нужно передать энергию другому зарядному устройству, и присоединить по меньшей мере одно третье силовое соединение ко второму силовому соединению, когда нужно передать энергию от другого зарядного устройства в аккумулятор электромобиля. Технический результат заключается в том, что создана более мощная зарядная система с несколькими зарядными соединениями. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к системе содействия при парковке транспортного средства. Транспортное средство содержит секцию приема бесконтактным образом электрической энергии и контроллер. Контроллер сконфигурирован для выполнения, по меньшей мере, одного из запроса блоку передачи электрической энергии на прекращение передачи электрической энергии, прекращение движения транспортного средства, и направления уведомления оператору, когда принятая электрическая энергия, которая изменяется при движении транспортного средства, не удовлетворяет заданному условию, во время, когда осуществляется передача электрической энергии от блока передачи электрической энергии. Система содействия включает в себя: камеру (120), первую направляющую секцию транспортного средства, которая распознает позицию передатчика (220) энергии, приемник (110) энергии, который принимает электрическую энергию от передатчика (220) энергии, и вторую направляющую секцию транспортного средства, которая направляет транспортное средство (100) на основе электрической энергии, принятой приемником (110) энергии. Секция управления выполняет процесс остановки транспортного средства (100), когда электрическая энергия, принятая приемником (110) энергии от передатчика (220) энергии, не удовлетворяет заданному условию. Достигается более точное направление транспортного средства при парковке для выполнения зарядки. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к зарядке транспортного средства. Система зарядки транспортного средства содержит зарядное устройство; устройство ввода для указания планируемого времени для окончания зарядки и контроллер управления зарядным устройством. Причем контроллер выполняет первую зарядную операцию управления с использованием целевого значения, которое ниже, чем заданное состояние полного заряда, до тех пор, пока состояние заряда не достигнет упомянутого целевого значения. Также контроллер может останавливать зарядку устройства накопления энергии и повторно запускать зарядку упомянутого устройства. Контроллер изменяет упомянутое целевое значение в соответствии с извлеченным значением упомянутого состояния заряда в момент времени, когда движение упомянутого транспортного средства завершено. Повышается способность приведения в движение транспортного средства. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх