本發(fā)明總體上涉及電源系統(tǒng)的領(lǐng)域。更具體而言，涉及適合于轉(zhuǎn)換和/或隔離供應(yīng)給在電池供電車輛內(nèi)的車輛充電系統(tǒng)的充電電力的電源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代電動車輛或混合動力車輛在更大程度上適合于特定的用戶偏好。通常期望由傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車輛提供相同的舒適程度，例如，寬敞的內(nèi)部、快速加速、長距離、空氣調(diào)節(jié)、加熱設(shè)備、電動除霜器、大型設(shè)備封裝等。

所有這些要求的組合造成每行駛公里的電力消耗快速增加，這再次需要大幅增大電池容量?，F(xiàn)代基于鋰的電池解決了這些要求設(shè)置的很多挑戰(zhàn)。然而，隨著電池的發(fā)展，出現(xiàn)了其他挑戰(zhàn)。

在現(xiàn)代電動車輛內(nèi)的電池在完全充電之前需要大量能量。普通的家庭單相功率點(例如，230V/10A)的充電周期緩慢，通常是10-35個小時。由于用戶必須在比內(nèi)燃機(jī)車輛更大的程度上調(diào)整其使用范圍，所以這減少了車輛的可用性，因此，由于感覺到距離、可靠性以及可預(yù)測性降低，所以提供了更低的舒適度。

為了補(bǔ)償上述缺點，必須以更高的速率進(jìn)行能量供應(yīng)。與對應(yīng)的單相電源插座的電力相比，很多現(xiàn)今的電動車輛能夠從基于三相的接地系統(tǒng)中以遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高的程度接收電力。

全世界具有三組國際標(biāo)準(zhǔn)的接地系統(tǒng)，即，TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)以及IT系統(tǒng)。

TN系統(tǒng)：

在TN系統(tǒng)中，變壓器中性點接地，并且任何電力負(fù)荷的框架連接至中性點。圖1的A和B分別示出了TN-S和TN-C接地系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)示圖，尤其示出了接地系統(tǒng)變壓器1、電力負(fù)荷2以及負(fù)荷框架3。在這兩種配置中，變壓器中性點連接至地面。在TN-S系統(tǒng)中，電力負(fù)荷2的框架3和負(fù)荷的中性點連接至共同的接地導(dǎo)線(PEN)，而在TN-C接地系統(tǒng)中，電力負(fù)荷2的框架3和負(fù)荷中性點分別連接至接地導(dǎo)線(PE)和中性導(dǎo)線(N)。在電力導(dǎo)線(L1-L3)之間的相間電壓通常是400VAC。進(jìn)一步，在每個電力導(dǎo)線(L1-L3)與中性導(dǎo)線(N)之間的相對中性點電壓(phase-to-netrual voltage)分別通常是230VAC。在這三個電力導(dǎo)線(L1-L3)中的一個或多個內(nèi)發(fā)生故障電流的情況下，相關(guān)部分變成可以由短路保護(hù)裝置(SCPD)斷開的短路。TN系統(tǒng)也被視為比較耐火，這是因為超過額定電流的任何接地故障造成缺陷電路立即斷開。

TT系統(tǒng)：

與在TN系統(tǒng)中一樣，在TT系統(tǒng)中，變壓器中性點通過第一接地連接接地，并且相間電壓通常是400VAC。進(jìn)一步，如在圖2的現(xiàn)有技術(shù)示圖中所示，任何電力負(fù)荷2的框架3連接至第二接地連接。任何故障電流在該系統(tǒng)中由在這兩個接地連接之間的阻抗(未示出)限制，并且故障部分可以由剩余電流裝置(RCD)斷開。與在圖1中一樣，在圖2示出接地系統(tǒng)變壓器1。

IT系統(tǒng)：

與TN和TT系統(tǒng)不同，在IT系統(tǒng)中，變壓器中性點在理論上不接地，但是對每個客戶必須具有分離式接地線。這在圖3的現(xiàn)有技術(shù)示圖中示出，圖3示出了接地系統(tǒng)變壓器1、電力負(fù)荷2以及負(fù)荷框架3。實際上，IT系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)的雜散電容4和/或由高阻抗(通常是1’500Ω)連接至地面。而且，相間電壓通常是230VAC，即，比TN和TT系統(tǒng)低～40％。在IT系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生絕緣故障的情況下，由于網(wǎng)絡(luò)的雜散電容4，所以出現(xiàn)小電流，小電流不自動顯示災(zāi)害風(fēng)險。然而，如果發(fā)生第二故障，并且還未消除第一故障，則出現(xiàn)短路，并且SCPD必須提供必要的保護(hù)。

與在充電部位使用的接地系統(tǒng)無關(guān)，應(yīng)始終具有電動車輛供電設(shè)備(EVSE)單元，以便使電力開始通過充電導(dǎo)線從電源中流入要充電的電池中，并且在充電之前在包含可充電系統(tǒng)(例如，電動車輛)的電池與充電電源之間執(zhí)行重要的通信。這在圖5中示意性示出，圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)原理電路圖，其中，將電力不經(jīng)電力轉(zhuǎn)換從電源或配電箱5中供應(yīng)給EVSE單元6。在EVSE單元6與可充電系統(tǒng)之間的信號通常是通過專用PWM線路8流動的脈寬調(diào)制(PWM)型，其中，脈寬提供關(guān)于從連接的電源5中可提取的最大可接收功率(power，電力)的信息?？沙潆娤到y(tǒng)還可將回波信號傳輸回EVSE單元6，提供關(guān)于充電狀態(tài)以及基于跨過相同的PWM線8上的功率提取內(nèi)的變化的任何故障的信息。因此，EVSE單元6允許在單元6與可充電系統(tǒng)之間有效地交換信息，這可以防止本地電源5過度充電，同時提供用戶狀態(tài)和故障報告。此外，EVSE單元6確保在與可充電系統(tǒng)的任何連接之前其進(jìn)入的充電插頭7不被供電。

在上述這三個接地系統(tǒng)之中，由于以下主要特征，所以IT接地系統(tǒng)被視為最不適合于三相充電：

-沒有中性導(dǎo)線(N)，

-較低的相間電壓，

-接地質(zhì)量的較大變化，

-未檢測到接地故障的風(fēng)險。

IT系統(tǒng)的不穩(wěn)定性可以至少由實現(xiàn)從IT系統(tǒng)至TN或TT系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換的變壓器的引入減少。因此，電壓可以更好地適合于在電動車輛(或任何其他電池供電系統(tǒng))內(nèi)的電池的規(guī)范，提供最有效的充電(例如，相間電壓400VAC)。此外，變壓器確保與單獨的接地連接電流隔離的電源。在圖5示出這種電源系統(tǒng)，該圖示出了現(xiàn)有技術(shù)原理電路圖，其中，在饋送到EVSE單元6內(nèi)之前，通過電流隔離變壓器9轉(zhuǎn)換從電源或配電箱5中供應(yīng)的電力。

使用完全安裝的TN和/或TT系統(tǒng)，提供與接地系統(tǒng)的電流隔離的變壓器可以甚至證明對用戶有用。例如，某些電動車輛最近具有充電問題的跡象，這些問題被認(rèn)為與接地的質(zhì)量相關(guān)。專用隔離變壓器提供增加單獨接地的可能性，因此，降低了經(jīng)受與接地相關(guān)的充電問題的風(fēng)險。

然而，這種傳統(tǒng)的隔離變壓器與EVSE單元一起安裝，受到幾個不可取的影響的阻礙：

-包括EVSE單元和變壓器的充電系統(tǒng)的總體積和重量增大；

-噪聲等級更高；

-傳統(tǒng)變壓器的美感被視為較差；

-購買單獨變壓器和EVSE單元增加總成本；

-由于在系統(tǒng)內(nèi)流動的高電感電流，所以傳統(tǒng)變壓器需要使用延時熔斷器；

-傳統(tǒng)變壓器需要連續(xù)操作，造成非負(fù)荷損失增大；

-隨著引入了額外電氣元件(例如，隔離變壓器)常規(guī)火災(zāi)隱患增加。

適合于上述目的的隔離變壓器通常具有在70與100千克之間的重量以及在0,25-0,5m²之間的體積，在安裝期間需要額外人員和/或設(shè)備。通過提供專用基礎(chǔ)設(shè)施，可以至少減少更大的噪聲等級，但是這會造成成本增大，并且可能提供甚至更差的美感。如果存在具有冷卻空氣間隙的鍍錫鐵皮覆蓋層，則后一個缺點更明顯。由于這些原因，所以通?？扇〉卣页龌蛘邉?chuàng)建在很大程度上隱藏變壓器的安裝部位，因此，提供了進(jìn)一步引起總成本的挑戰(zhàn)。

由于這種類型的熔斷器更慢并且需要更多的電力來觸發(fā)，所以在激活變壓器期間使用延時熔斷器，以便補(bǔ)償在系統(tǒng)內(nèi)流動的高電感電流，在錯誤條件下提供更少的保護(hù)。額外的軟啟動系統(tǒng)或零交叉打擊系統(tǒng)可以減少延時熔斷器的缺點。然而，這造成復(fù)雜性和成本進(jìn)一步增大。

傳統(tǒng)變壓器的另一個問題在于，這些變壓器通常連續(xù)操作。因此，具有非負(fù)荷損失，該損失可以隨著變壓器的特定配置而改變。作為一個實例，15kVA變壓器的傳統(tǒng)負(fù)負(fù)荷損失在100與250W之間。通過投入更詳盡的變壓器，可以略微減少這種非負(fù)荷損失，給操作提供更少的渦流損失和阻力損失，但是以更高的成本為代價。除了非負(fù)荷損失以外，在充電期間還具有主要由銅損失造成的損失以及來自渦流損失和磁聲損失的損失。通常，這些充電損失在傳統(tǒng)變壓器內(nèi)構(gòu)成2-5％的轉(zhuǎn)換功率。

EVSE單元和后續(xù)安裝成本的任何投入必須加入合適的變壓器的投資、輸送、調(diào)整以及安裝成本內(nèi)。

因此，本發(fā)明的一個目標(biāo)在于，提供一種成本和能源有效的電源系統(tǒng)，用于給在可充電系統(tǒng)內(nèi)的電池充電，允許在充電部位處具有高接地質(zhì)量。本發(fā)明的另一個目標(biāo)在于，提供一種減少安裝傳統(tǒng)的隔離變壓器的上述缺點的至少一些電源系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

上述目標(biāo)由根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源系統(tǒng)實現(xiàn)。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)權(quán)利要求15所述的計算機(jī)程序產(chǎn)品。在剩余的從屬權(quán)利要求中限定進(jìn)一步有利的特征。

尤其地，本發(fā)明涉及一種電源系統(tǒng)，其適合于轉(zhuǎn)換和/或隔離供應(yīng)給在電池供電車輛內(nèi)的車輛充電系統(tǒng)的充電電力。所述系統(tǒng)包括隔離變壓器，其允許在主電源與車輛充電系統(tǒng)之間的電氣隔離和電壓轉(zhuǎn)換中的至少一個。主電源可以是配電系統(tǒng)，例如，TN接地系統(tǒng)、TT接地系統(tǒng)或IT接地系統(tǒng)。所述變壓器包括：初級側(cè)，其中，所述初級側(cè)的一個或多個端子電氣可連接至所述主電源；以及次級側(cè)，其中，所述次級側(cè)的一個或多個端子電氣可連接至所述車輛充電系統(tǒng)；EVSE控制裝置，其電氣可連接至所述車輛充電系統(tǒng)；數(shù)據(jù)通信線路，其連接至所述EVSE控制裝置并且可連接至所述車輛充電系統(tǒng)，當(dāng)連接至所述車輛充電系統(tǒng)時該數(shù)據(jù)通信線路允許將控制信號傳輸給所述車輛充電系統(tǒng)、監(jiān)控在次級側(cè)與所述車輛充電系統(tǒng)之間的耦合、并且在充電期間監(jiān)控與所述車輛充電系統(tǒng)的充電狀態(tài)相關(guān)的至少一個參數(shù)。電源系統(tǒng)的進(jìn)一步特征在于，所述隔離變壓器是固態(tài)變壓器，并且進(jìn)一步在于，所述隔離變壓器和所述EVSE控制裝置構(gòu)成集成單元，即，在物理上設(shè)置在共同的單元內(nèi)。

在一個優(yōu)選的實施方式中，所述EVSE控制裝置被配置成在檢測到在所述變壓器次級側(cè)的對應(yīng)電力接收端子之間的耦合時，激活電力流入所述固態(tài)變壓器初級側(cè)的一個或多個端子中的至少一個內(nèi)，使得能夠開始給所述車輛充電系統(tǒng)充電。該激活可以由在初級側(cè)上連接的切換系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個功率繼電器執(zhí)行。

在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述固態(tài)變壓器是三相固態(tài)變壓器，其被配置成允許以下電力轉(zhuǎn)換中的一個或多個：

-將單相交流電壓(AC)轉(zhuǎn)換成電流隔離三相交流電壓(AC)，

-將三相交流電壓(AC)轉(zhuǎn)換成電流隔離單相交流電壓(AC)，

-將三相交流電壓(AC)轉(zhuǎn)換成電流隔離三相交流電壓(AC)，

-將三相交流電壓(AC)轉(zhuǎn)換成直流電壓(DC)，并且

-將單相交流電壓(AC)轉(zhuǎn)換成直流電壓(DC)。

在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述固態(tài)變壓器被配置啟用兩個或多個電力轉(zhuǎn)換，并且進(jìn)一步在于，所述固態(tài)變壓器包括切換系統(tǒng)，其實現(xiàn)在不同電力轉(zhuǎn)換之間的用戶控制的切換。

在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述固態(tài)變壓器被配置使第一交流相間電壓(V_p)能夠從三相主電源三相轉(zhuǎn)換成第二交流相間電壓(V_s)，其中，根據(jù)給在所述車輛充電系統(tǒng)內(nèi)的一個或多個電池充電所需要的三相交流電力，設(shè)置所述第二交流相間電壓(V_s)。第一和第二交流相間電壓(V_p、V_s)可以相等或不同。例如，V_p可以是230VAC，并且V_s可以是400VAC。所述主電源是IT接地系統(tǒng)類型的配電系統(tǒng)。

在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述EVSE控制裝置包括監(jiān)控裝置，其被配置成監(jiān)控描述所述電源系統(tǒng)的性能的物理參數(shù)。所述物理參數(shù)可以包括以下中的至少一個：在所述固態(tài)變壓器內(nèi)的溫度；在所述集成單元內(nèi)的環(huán)境溫度；空氣濕度；供應(yīng)給所述固態(tài)變壓器的初級側(cè)的初級電壓(V_p)；從所述固態(tài)變壓器的次級側(cè)中供應(yīng)的次級電壓(V_s)；在充電期間由連接的主電源(5)的故障造成的接地故障；在所述集成單元(100)內(nèi)的電氣元件之間的電力流；以及電氣連接至所述固態(tài)變壓器(9)的次級側(cè)(9b)的車輛充電系統(tǒng)可接收的最大功率(maximum power，最大電力)。而且，EVSE控制裝置可以包括監(jiān)控器件，其被配置成監(jiān)控由連接的配電系統(tǒng)(例如，TN接地系統(tǒng)、TT接地系統(tǒng)或IT接地系統(tǒng))供應(yīng)的相位電壓中的一個或多個以及由配電系統(tǒng)供應(yīng)的相位電流中的一個或多個。而且，所述EVSE控制裝置可以包括第一傳輸器件(20)，其允許訪問物理參數(shù)以及將物理參數(shù)傳輸給計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，例如，內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、外聯(lián)網(wǎng)和/或互聯(lián)網(wǎng)。

在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述主電源是將三相電力分配給所述集成單元的配電系統(tǒng)，并且所述電源系統(tǒng)進(jìn)一步包括：第三通信線路，其可連接在所述EVSE控制裝置與所述配電系統(tǒng)之間，該第三通信線路允許測量在所述配電系統(tǒng)(配電盤/保險絲盒)的入口點處的輸入電壓和輸入電流中的至少一個并且數(shù)據(jù)傳輸給所述EVSE控制裝置(6)。

在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述電源系統(tǒng)進(jìn)一步包括被配置成將電力從所述主電源中傳輸給所述集成單元的至少一個電力電纜，其中，所述至少一個電力電纜中的每個包括用于傳輸電力的至少一個電力線以及用于傳輸控制信號的至少一個數(shù)據(jù)通信線路。

在另一個優(yōu)選的實施方式中，所述電源系統(tǒng)進(jìn)一步包括被配置成將電力從所述集成單元中傳輸給所述車輛充電系統(tǒng)的至少一個電力電纜，其中，所述至少一個電力電纜中的每個包括用于傳輸電力的至少一個電力線以及用于傳輸控制信號的至少一個數(shù)據(jù)通信線路(19)。

所述控制信號可以是功率寬度調(diào)制(PWM)的信號型。而且，能夠?qū)⒖刂菩盘枏乃鲋麟娫粗袀鬏斀o所述車輛充電系統(tǒng)的所述數(shù)據(jù)通信線路可以被配置成旁路所述固態(tài)變壓器。

本發(fā)明還涉及一種儲存在控制單元的存儲器內(nèi)的計算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括計算機(jī)可讀指令，當(dāng)在控制單元上裝載和執(zhí)行計算機(jī)可讀指令時，所述指令監(jiān)控描述根據(jù)上述特征中的任一個的電源系統(tǒng)的性能的物理參數(shù)。

在以下描述中，引入多個具體細(xì)節(jié)，以提供所要求的設(shè)備和方法的實施方式的徹底理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員會認(rèn)識到，無需一個或多個具體細(xì)節(jié)，或者通過其他元件、系統(tǒng)等，可以實踐這些實施方式。在其他情況下，未示出眾所周知的結(jié)構(gòu)或操作，或者未詳細(xì)描述，以免所公開的實施方式的方面晦澀難懂。

附圖說明

圖1的A和B分別示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的TN-S和TN-C接地系統(tǒng)的電路圖；

圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的TT接地系統(tǒng)的電路圖；

圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的IT接地系統(tǒng)的電路圖；

圖4示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的原理電路圖，其中，將電力不經(jīng)轉(zhuǎn)換供應(yīng)給電動車輛充電插頭；

圖5示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的原理電路圖，其中，將電力經(jīng)過轉(zhuǎn)換供應(yīng)給電動車輛充電插頭；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的配電系統(tǒng)的原理圖；

圖7A和圖7B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的原理電路圖和更詳細(xì)的電路圖，其中，將電力經(jīng)過轉(zhuǎn)換供應(yīng)給電動車輛充電插頭；

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的原理電路圖，其中，將電力經(jīng)過轉(zhuǎn)換和/或隔離供應(yīng)給電動車輛充電插頭；

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的原理電路圖，其中，將電力經(jīng)過轉(zhuǎn)換和/或隔離供應(yīng)給電動車輛充電插頭，；

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的原理電路圖，其中，將電力經(jīng)過轉(zhuǎn)換和/或隔離供應(yīng)給電動車輛充電插頭；

圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的原理電路圖，其中，將電力經(jīng)過轉(zhuǎn)換和/或隔離供應(yīng)給電動車輛充電插頭；

圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的原理電路圖，其中，將三相電力供應(yīng)到三相固態(tài)電力轉(zhuǎn)換器內(nèi)，用于從IT接地系統(tǒng)到TN接地系統(tǒng)的電氣轉(zhuǎn)換和隔離；

圖13示出了詳細(xì)電路圖，其中，將三相電力供應(yīng)到三相固態(tài)電力轉(zhuǎn)換器內(nèi)，用于在給電動車輛充電之前的電氣隔離或轉(zhuǎn)換；

圖14A和圖14B示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實施方式的原理電路圖，其中，將電力經(jīng)過轉(zhuǎn)換和/或隔離供應(yīng)給電動車輛；

圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的第七實施方式的原理電路圖，其中，將電力經(jīng)過轉(zhuǎn)換和/或隔離供應(yīng)給電動車輛；

圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的第八實施方式的原理電路圖，其中，將電力經(jīng)過轉(zhuǎn)換和/或隔離供應(yīng)給電動車輛；以及

圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的第九實施方式的原理電路圖，其中，將電力經(jīng)過AC/DC轉(zhuǎn)換供應(yīng)給電動車輛。

具體實施方式

在挪威的典型私人宅邸具有可向供電電源購買的大約25kW的電力。通常，將3kW分配到車庫內(nèi)，給電動車輛(例如，Tesla)充電的正常充電時間是大約30個小時，或者給大部分電動汽車(例如，Renault、Volkswagen以及Nissan Leaf)充電的正常充電時間是大約10個小時。

通過創(chuàng)新系統(tǒng)，充電時間可以大幅提高，同時保持穩(wěn)定的電力供家庭使用。通過創(chuàng)新系統(tǒng)，電動車輛可以使用更高的功率(例如，11kW)充電，這能夠快三倍充電。

創(chuàng)新系統(tǒng)很好地符合具有受由挪威公司Zaptec開發(fā)的空間技術(shù)以及智能功率系統(tǒng)啟發(fā)的裝飾設(shè)計的任何車庫。

創(chuàng)新系統(tǒng)使得能夠從任何智能電話、平板或計算機(jī)系統(tǒng)中監(jiān)控和控制。進(jìn)一步，系統(tǒng)可以通過所謂的自適應(yīng)充電，根據(jù)在宅邸內(nèi)使用的電流功率，調(diào)整其充電速度。確保消除或者減少因過度的功率使用造成的斷電風(fēng)險，并且通過可能最快的速率，發(fā)生電動車輛的充電。

創(chuàng)新系統(tǒng)適合于智能電網(wǎng)，這表示可以與公用事業(yè)公司(例如，地方電力公司)通信。該選擇被視為重要，以便在未來為最佳的經(jīng)濟(jì)充電提供進(jìn)一步的機(jī)會。例如，會允許將創(chuàng)新系統(tǒng)編程，以在電價最便宜時(通常在夜間)，給電動車輛充電。這確保更低的成本和優(yōu)化效率。

創(chuàng)新系統(tǒng)還包括安全系統(tǒng)，除了保持高質(zhì)量和控制可用電力以外，該系統(tǒng)還確保在宅邸內(nèi)具有更大的安全性。

上面結(jié)合本發(fā)明的相關(guān)背景技術(shù)描述了圖1-圖3。圖4和圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)解決方案，用于通過包含電動車輛供電設(shè)備(EVSE)6的盒體將電力從電源或配電系統(tǒng)5中提供給電動車輛(EV)插頭7。通過充電電源13、14、16供應(yīng)電力。在EVSE盒體6與EV插頭7之間的電氣連接8、16可以被配置成使得均供應(yīng)必要的電力(通過電源連接器16)并且在EV插頭7與EVSE 6之間執(zhí)行某個信號通信。通過PWM線8傳輸脈寬調(diào)制(PWM)信號，可以完成該信號通信，其中，脈寬傳送例如關(guān)于從可用的配電系統(tǒng)5中可獲得的最大功率的信息。通過PWM線8監(jiān)控功率負(fù)荷的變化，EV插頭7連接的車輛10(圖6)還可以傳輸諸如電流充電狀態(tài)和電氣故障等信息。在圖5中，通過合適的變壓器9進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換。如果配電系統(tǒng)5給功率提供與在電動車輛10內(nèi)的充電系統(tǒng)所需要的不同電壓，則例如，需要這種變壓器9。

本發(fā)明的主要動機(jī)在于，提供一種系統(tǒng)，用于在電池供電的車輛的充電期間，轉(zhuǎn)換和/或隔離交流電力，以便節(jié)省重量、空間、安裝時間、能量、審美以及成本。這通過將固態(tài)變壓器(SST)和EVSE功能組合為一個單元為來實現(xiàn)。該單元能夠例如在IT網(wǎng)格與TN網(wǎng)格(230VAC/400VAC)之間執(zhí)行電壓轉(zhuǎn)換，在電動車輛與網(wǎng)格/配電系統(tǒng)之間提供電流隔離(其中，這是必須的和/或強(qiáng)制的和/或明智的)，并且能夠使用具有相同功能的移動充電適配器，如上所述。

在圖6示出了本發(fā)明的電源系統(tǒng)的典型安裝的概述，圖6示出了來自公用事業(yè)公司的變壓器1的電力流，將電力提供給例如家庭12(或者任何其他需要電力的建筑物)。進(jìn)入的電力通過供電電源(mains)22供應(yīng)給配電系統(tǒng)或面板5。通過充電電源13、14進(jìn)一步分配一些可用電力，用于通過EVSE盒體6將必要的電力提供給EV插頭7/車輛10。

圖7-圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的轉(zhuǎn)換和/或隔離系統(tǒng)的原理電路圖。更具體而言，圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的原理電路圖，其中，配電系統(tǒng)5通過第一充電電源13供應(yīng)未轉(zhuǎn)換的電力。固態(tài)變壓器(SST)9或任何其他隔離變壓器將由配電系統(tǒng)5供應(yīng)給變壓器9的初級側(cè)9a的初級電壓(V_p)轉(zhuǎn)換成從變壓器9的次級側(cè)9b中供應(yīng)的次級電壓(V_s)。然后，將由次級電壓(V_s)形成的電力傳輸給EV插頭7。EVSE單元6耦接至EV插頭7，以允許通過第一數(shù)據(jù)通信線路8在其間數(shù)據(jù)通信。該系統(tǒng)優(yōu)選地被配置成還能夠通過第二數(shù)據(jù)通信線路15在EVSE單元6與變壓器9之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。圍繞EVSE單元6和變壓器9的虛線表示這兩個單元6、9嵌入共同的盒體內(nèi)，即，作為集成單元100。該解決方案節(jié)省了例如組裝工作、成本以及空間。還可以提高系統(tǒng)的美感(根據(jù)設(shè)計)。圖7B示出了在圖7A中的第一實施方式系統(tǒng)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。變壓器9顯示為包括變壓器模塊9c，其包括用于管理供應(yīng)給初級側(cè)9a的電力的元件，例如，接觸器、主熔斷器、EMC濾波器等。而且，EVSE單元6顯示為包括例如電源23(例如，5V/12V)，以將電力提供給具有一組元件的EVSE模塊20，這組元件提供變壓器9和/或電動車輛10(通過EV插頭7)的期望控制。例如，這些元件可以是微控制器單元和PWM邏輯(圖13)。再次，最外面的虛線表示EVSE單元6和變壓器9應(yīng)優(yōu)選地構(gòu)成集成單元100。EVSE模塊20還可以被配置成能夠監(jiān)控參數(shù)(例如，在變壓器9內(nèi)的溫度)，監(jiān)控初級電壓(V_p)、相位電壓、相位電流、任何接地故障以及其他系統(tǒng)溫度(例如，關(guān)于三相變壓器的每個相)、環(huán)境溫度、空氣濕度等。后面這兩個參數(shù)可以重要，這是因為如果環(huán)境溫度和/或空氣濕度過高，則通常不應(yīng)執(zhí)行充電。

圖8和圖9分別示出了本發(fā)明的第二和第三實施方式，其中，在進(jìn)入變壓器9的初級側(cè)9a之前，通過EVSE單元6引導(dǎo)通過第一充電電源13從配電系統(tǒng)5中供應(yīng)的電力。因此，給EVSE單元6被提供電網(wǎng)電壓，在安裝部位處沒有預(yù)先轉(zhuǎn)換，并且可以檢測與電動車輛對應(yīng)的負(fù)荷的任何連接，因此，請求開始充電。在登記這種請求(通過數(shù)據(jù)通信線路8)時，激活變壓器9，以便開始充電，需要轉(zhuǎn)換電壓和/或提供具有單獨接地的需要的隔離。結(jié)果，僅僅在系統(tǒng)被設(shè)置為給電動車輛10充電時，激活變壓器9。因此，變壓器9具有很少或者沒有負(fù)荷損失，節(jié)省了大量能量和操作費用。相對第一實施方式(圖7)，在圖8示出的第二實施方式與在圖9示出的第三實施方式之間的差異在于，EVSE單元6和變壓器9整合到共同的單元100內(nèi)。因此，在這種情況下，操作費用的潛在節(jié)省在于通過將EVSE單元6和變壓器9制造成一個集成單元100所實現(xiàn)的制造節(jié)省。圖9還示出了在變壓器9與EVSE單元6之間的允許兩個單元6、9交換數(shù)據(jù)的第二數(shù)據(jù)通信線路15。注意，數(shù)據(jù)流可以是單向數(shù)據(jù)流或雙向數(shù)據(jù)流。

對于所有上述配置，變壓器的特別選擇應(yīng)優(yōu)選地是固態(tài)變壓器，例如，在出版物978-1-4244-2893-9/09 2009IEEE p.3039-3044中公開的類型的固態(tài)變壓器，該出版物通過引證結(jié)合于此。在該連接中，在出版物及其相關(guān)的文本中特別參考圖1。這種固態(tài)變壓器具有提供更多空間和/或節(jié)省成本的可能性。而且，可以促進(jìn)更多地控制可用數(shù)據(jù)。作為一個實例，圖10和圖11分別示出了本發(fā)明的第四和第五實施方式，其中，通過連接至配電系統(tǒng)5的相關(guān)元件18的第三通信線路17進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控/控制，例如，由進(jìn)入建筑物12或討論中的配電面板5的電力(I&U)的電流和/或電壓測量。這些數(shù)據(jù)可以用于基于可用功率調(diào)節(jié)電動車輛10可以接收的最大充電電流。通過這種方式，車輛可以汲取最大充電電力，沒有建筑物12和/或配電面板5的主熔斷器切斷的風(fēng)險(車輛10必須適合)。還可以例如通過互聯(lián)網(wǎng)記錄數(shù)據(jù)，執(zhí)行升級或者執(zhí)行以上配置的調(diào)試。這可以通過連接合適的變壓器和互聯(lián)網(wǎng)連接來實現(xiàn)，可選地通過未來的AMS系統(tǒng)(用于自動功耗測量的系統(tǒng))。圖10示出了一個實例，其中，通過單獨的數(shù)據(jù)通信線路8、15、17在不同的模塊5、6、7、9之間發(fā)生數(shù)據(jù)通信，而圖11示出了使用電力線通信17、19在配電系統(tǒng)5的相關(guān)元件18與EVSE單元6之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信17并且在變壓器9與EV插頭7之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信19，即，通過監(jiān)控脈寬調(diào)制(PWM)信號。例如，脈寬通知車輛10關(guān)于可以從連接的配電系統(tǒng)5中汲取的最大功率。然后，車輛10將信號發(fā)送回EVSE單元6，通過相同的PWM線8、19汲取的電力的變化，通知該單元關(guān)于充電狀態(tài)和任何故障。此外，通過PWM線8、17、19的通信可以確保在與電動車輛10適當(dāng)?shù)剡B接之前，未激活電荷流量。

可以使用數(shù)字和/或模擬網(wǎng)絡(luò)/信號，在不同的單元/模塊5、6、7、9之間容易地傳輸數(shù)據(jù)信息。

圖12示出了在上述轉(zhuǎn)換和隔離系統(tǒng)用于將IT接地系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成TN接地系統(tǒng)時特定的電氣連接。清楚地看到，使用三相變壓器9將230VAC相間電壓轉(zhuǎn)換成接地(PE)400VAC相間電壓。三相變壓器9包括三個電力模塊9’、9”、9”’，每個模塊具有包括初級繞組和端子的初級側(cè)9a以及包括次級繞組和端子的次級側(cè)9b。在次級側(cè)9b的每個相位的兩個端子中的每個連接至共同的中性(N)和接地(PE)線，與TN-S接地系統(tǒng)(圖1A)的情況一樣，或者連接至單獨的中性(N)線，與TN-C接地系統(tǒng)(圖1B)的情況一樣。

注意，即使在說明書中參考電動車輛，轉(zhuǎn)換和/或隔離系統(tǒng)也同樣適用于包含需要定期充電的設(shè)備的其他電池或電容。

在圖13示出了詳細(xì)電路圖，其中，作為僅僅一個實例，示出了IT到TN轉(zhuǎn)換。廣泛參考在電動車輛導(dǎo)電充電系統(tǒng)的領(lǐng)域中相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)(國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)/歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN))，該系統(tǒng)促進(jìn)技術(shù)人員實現(xiàn)本發(fā)明。

上面描述了本發(fā)明，涉及在相同的單元100內(nèi)整合EVSE單元6和變壓器/SST 9的一般發(fā)明概念。這種單元100可以是移動單元100。然而，在使用時，該單元始終電氣連接至網(wǎng)格/配電系統(tǒng)5。

在下面，描述本發(fā)明的替換物，其中，變壓器或SST 9由用戶嵌入應(yīng)連接至現(xiàn)有EVSE單元6的適配器內(nèi)。非?？扇〉氖?，這種適配器具有電流隔離。而且，適配器可以作為一個選擇允許在兩個不同的電壓和/或不同類型的電流/電壓之間轉(zhuǎn)換，即，以下中的一個或多個：

-單相AC到單相AC；

-單相AC到DC；

-三相AC到單相AC；

-三相AC到三相AC；以及

-三相AC到DC。

在DC的情況下，限制的DC電力是從EVSE單元6可獲得的電力。

圖14A和圖14B示出了連接適配器與在EVSE單元6與EV插頭7之間的SST型變壓器9的實例，EV插頭連接至在電動車輛10內(nèi)的充電系統(tǒng)。與前面一樣，變壓器9包括從EVSE單元6連接至電源14的初級側(cè)9a以及連接至EV插頭7的電源16的次級側(cè)9b。使用穿過包含變壓器的適配器的PWM線8，至少在EVSE單元6與電動車輛10之間確保數(shù)據(jù)通信。而且，在圖14A的適配器包含電連接器(凹(female)/凸(male))，其固定至其外壁，分別面向EVSE單元6和電動車輛10。相反，圖14B示出了一個實例，其中，電連接器(凹/凸)設(shè)置在與外壁相距一定距離的電纜上。

圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的第七實施方式的系統(tǒng)的實例，其中，電氣隔離的SST放在EVSE之后并且為一個或多個相位執(zhí)行1:1電壓轉(zhuǎn)換。該特定配置的目標(biāo)在于，在電動車輛與剩余的電氣系統(tǒng)(供應(yīng)/網(wǎng)格)之間實現(xiàn)電流分離，以便即使在具有不充分的接地時確保車輛“充電”?？梢栽O(shè)計和銷售裝置，作為適配器(可以在使用之間沿著電動車輛進(jìn)入并且儲存在電動車輛內(nèi)部)。在SST內(nèi)的初級側(cè)電氣連接至供電連接器，并且其次級側(cè)電氣連接至電源插頭。在供電連接器內(nèi)的至少一個銷和在電源插頭內(nèi)的至少一個銷應(yīng)彼此電氣和/或信令連接，使得可以在供電連接器(初級側(cè))上連接的設(shè)備與在電源插頭(次級側(cè))上連接的設(shè)備之間傳輸至少一個控制信號(例如，PWM信號)。

圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的第八實施方式的系統(tǒng)的實例。該配置與在圖15的配置相似。然而，該特定的配置另外裝有內(nèi)部控制/邏輯單元，必要時，該單元能夠監(jiān)控和/或影響(覆蓋)PWM信令過程。裝置監(jiān)控和/或覆蓋根據(jù)充電系統(tǒng)IEC-TS 62763。在特別熱的日子里，和或如果覆蓋或者部分堵塞通風(fēng)過濾器、通道或風(fēng)扇，則SST可以變得太熱，并且可以請求控制關(guān)閉充電過程(通過根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)改變PWM信令電平)。還可以用信號通知更低允許的電流電平應(yīng)由EV(低于EVSE允許的電流電平)消耗。即使出現(xiàn)故障和/或過熱情況，甚至具有比EVSE通常被調(diào)整為傳送的電平更低的電平，如果發(fā)生充電，則是個優(yōu)點。這通過讀出輸入的PWM并且提供更低(更小)的PWM信號(根據(jù)新PWM寬度，教導(dǎo)EV減少電流撤退)或者通過改變進(jìn)入PWM回路(使用溫度故障、通風(fēng)故障和/或根據(jù)IEC-TS62763斷開信令協(xié)議)內(nèi)的電流來進(jìn)行。一種重要的安全措施是確保輸出的PWM信號(進(jìn)入電動車輛內(nèi))不表示電流高于原始EVSE的PWM信號。

圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的第九實施方式的系統(tǒng)的實例。在該配置中，轉(zhuǎn)換器電氣放在EVSE與電動車輛(如前所述)之間，但是現(xiàn)在除了邏輯電路以外，還具有電子AC/DC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器能夠讀出輸入的PWM編碼并且輸出相應(yīng)的(并且可能(向下)調(diào)整的)PWM編碼和/或PLC、CAN總線或相似的總線編碼，以傳送給電動車輛(用于進(jìn)入/來自不同的信息系統(tǒng)的電流電平調(diào)整，并且用于在故障期間(向下)調(diào)整，如前所述)。通過使用上述系統(tǒng)，可以將DC充電輸入(例如，ChaDeMo)用于給電動車輛半快速充電，這通常不接受來自可用AC充電器的這種高充電電力。使用該方法，3-6倍的功率可以用于充電。

在前面的描述中，根據(jù)說明性實施方式，描述了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的各種方面。為了解釋的目的，陳述了特定的數(shù)字、系統(tǒng)以及配置，以便提供設(shè)備及其工作的徹底理解。然而，該描述并非旨在通過限制的意義來解釋。對于公開的主題所屬的領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的說明性實施方式的各種修改和變化以及設(shè)備的其他實施方式被視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

在圖13的附圖標(biāo)記的對應(yīng)文本

A)具有IT到TN轉(zhuǎn)換的EVSE

B)IEC 60664-1(絕緣協(xié)調(diào))

EN 61558-1(功率變壓器&電源)

C)布線機(jī)柜

D)32A或40A(取決于布線)

過流限制

具有整體或單獨的RCD

RCD型A acc至

IEC 61008-1或

IEC 61009-1或

IEC 60755

E)輸入板

F)EN 60664-1

EN 61000-6-1

EN 61000-6-3

G)在(Δ)內(nèi)的230VAC三相

H)電源繼電器

I)過壓保護(hù)

J)主電源啟用

K)繼電器、變阻器、電源連接器的輸入板溫度傳感器

L)EN 50065-1(PLC)

M)PLC&12V電源的AC調(diào)節(jié)

N)EVSE RCD

O)在主板上的模塊

P)EN 61558-2-16(61558-1的擴(kuò)展)

Q)變壓器模塊(x3)，每個相位具有一個

R)主要驅(qū)動器

S)IT/TN變壓器

T)次要驅(qū)動器

U)充電器插頭

V)EN 62196-1&-2

W)根據(jù)EN 62196-1,-2具有連接器的充電電纜，以適合類型2插座EVSE端部

X)根據(jù)EN 62196-1,-2具有連接器的充電電纜，以適合類型1或類型2車輛連接器

Y)Zapcharger MCJ

Z)電力線通信

a)驅(qū)動器啟用(x3)(硬接線)

b)切換脈沖(x3)

c)串行通信(x3)

d)數(shù)據(jù)通信+12V功率

e)電力模塊MCU

-轉(zhuǎn)換切換信號

f)監(jiān)控器

-輸入和輸出電壓

-輸入和輸出電壓

-變壓器和驅(qū)動器的溫度

g)在超過以下項時，停止切換

-最大電流

-最大溫度

-最大電壓

h)230VAC/12VDC電源

i)EN 61558-2-16

m)DUC(充電不足的裝置)

n)400VAC 3phase+N 8star)

p)設(shè)計

q)設(shè)計&軟件

r)元件選擇&軟件

s)用戶手冊或標(biāo)志的要求

t)指導(dǎo)手冊要求。