电动汽车的充电布置以及用于操作充电布置的方法技术

本发明专利技术涉及一种具有动力电池3的电动汽车2的充电布置1，其具有连接到电网的供电站10和带有充电插头6的供电电缆11，其中充电插头6与电动汽车2相连以实施充电过程，其特征在于，在充电插头6中布置了用于将电源电压Uv转换成相对更低的充电电压UL的电压转换器9，以及用于操作充电布置1的方法。

Charging arrangement of electric vehicle and method for operating charging arrangement

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电动汽车的充电布置以及用于操作充电布置的方法
本专利技术涉及一种根据权利要求1前序部分的特征所述的用于电动汽车的充电布置。本专利技术还涉及一种用于根据权利要求15前序部分的特征所述的用于操作充电布置的方法。
技术介绍
为了使电动汽车或混合动力汽车电动行驶，有必要经由外部能量来源对车辆的电池(以下也称为动力电池)进行充电。在这种情况下，能量的供应通过带有充电电缆的插入式系统得以实现，外部能量来源通过该插入式系统连接到车辆，并且可以进行充电过程。为了达到标准，在各种标准(例如，IEC61851，DINSPEC70121和ISO15118)中定义了充电过程。其中，原则上有“交流充电(AC充电)”和“直流充电(DC充电)”之分。进行交流充电时，用充电电缆将电动汽车直接连接到家用插座上(单相或三相)。在此，可传输的功率限定为22kW。为了实现更高的充电功率，使用所谓的直流充电技术。在该技术中，通过外部充电器产生直流电压，该直流电压通过充电电缆连接到车辆并且在内部直接连接到电池。如此一来，如今，充电功率可达到50kW。如果纵观汽车行业的目标，电动汽车的里程将从目前的150公里增加到500公里或更多。另外，还要求将充电时间从目前的几小时减少到几分钟。这只能通过将电池充电电流增加到几百安培(而不是今天的50安培)才有可能实现。在这种情况下，充电桩和电动汽车之间的充电电缆存在问题。根据DINVDE0298的标准进程，必须根据最大电流设计电缆横截面。电动汽车和充电桩之间的数据通信使用了不同的方法(PWM，PLC)。但是，通信总是以有线方式通过在充电电缆中的附加的隔离通信线路进行的。当然，这些额外的通信线路也增加了充电电缆的重量和制造成本。为了解决重量问题，提出了具有集成水冷的充电电缆。结果，虽然可以节省横截面并因此节省铜的重量，但是水冷却非常复杂并且制造和维护也很昂贵。此外，在充电桩位置处通常没有水连接，因此它必须额外放置，或者必须在充电桩中安装带有热交换器的水冷却系统。两种解决方案都大大增加了购置成本。此外，由于水冷却，充电桩和充电电缆的维护非常复杂且成本很高。通过减小电缆横截面使充电电缆的电阻变大，这增加了功率损耗。这些损耗会降低效率，并增加用户和/或运营商必须支付的电荷成本。例如，从DE102014004790A1中公开了一种充电布置，其中两个储能元件串联连接在机动车辆内，以便增加可能的充电电压。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，提供一种可能性，即在遵守已经制定的标准的情况下提高电动汽车的充电功率，同时简化用于开始或结束充电过程所需的处理。根据本专利技术，该任务通过具有权利要求1的特征的充电布置得以实现。有利的实施形式变型是从属权利要求的主题。该任务的工艺技术部分通过权利要求15中的特征得以实现。具有动力电池的电动汽车的充电布置具有连接到电网的供电站，以及带有充电插头的供电电缆，其中充电插头与电动汽车相连以实施充电过程。根据本专利技术，充电布置的特征在于，在充电插头中布置了用于将电源电压转换成相对于电源电压更低的充电电压的电压转换器。供电站也俗称充电桩。它连接到具有集中式分布或分布式分布的电网上。现在，在该供电站处存在电源电压。根据本专利技术，该电源电压也施加在充电插头本身。供电电缆与供电站相连。电源电压明显高于相应的电动汽车可以吸收的可能的充电电压。根据当前的现有技术，电动汽车被设计用于约为400V或最高500V的充电电压，在特殊情况下最高为800V或850V。但是，根据本专利技术，电源电压具有较高的电压范围，特别是大于900V，优选大于1000V。现在为了可以将电源电压传输到电动汽车上，在充电插头中或充电插头上布置了电压转换器。特别是在标准化的充电插头的情况下，可以将这种电压转换器改装在充电插头上。待新生产的充电插头可能已经集成了电压转换器。电压转换器具有电压变换器和/或电压互感器的功能，并且可以如此表示。较高的电源电压被转变，特别是被转换或变换为相对较低的充电电压。在直流/直流充电过程中，电压转换器可以是降压变换器(step-down-converter)。因此，根据本专利技术的充电布置具有各种优点。一方面，可以省略用于在供电站本身中充电过程的复杂的控制技术。充电过程本身的控制和调节技术已经可以作为硬件和软件集成在电压转换器中，从而使电动汽车与电压转换器通信并且它从电源电压提供必要的充电电压。同时，有可能将较高的充电功率传递直到充电插头。当充电功率相同或增加时，通常具有1m至5m，特别是1m至3m长度的供电电缆可以其线横截面上显著减小。在用于充电插头本身和/或充电插头中的附加无线通信模块的充电过程的控制技术的情况下，可以省略供电电缆中的数据线。因此，由于铜价高且横截面较小的缘故，可以降低相应的供电电缆的制造成本。根据本专利技术的供电电缆的处理对于单个用户而言可以被显著简化，原因在于它具有的重量比现有技术中已知的充电电缆更轻。然而，在本专利技术中总是需要充电插头与电动汽车的物理接触。电动汽车本身可以是混合动力汽车，特别是插电式混合动力汽车以及纯电动汽车。机动车辆和商用车辆均可以装载根据本专利技术的充电布置。用于工业用卡车和叉车的充电布置也是可以设想的。向飞机和船只提供根据本专利技术的充电布置在理论上也是可以设想的。充电布置的处理——充电插头的插入过程-被大大简化了。充电功率也可以显著增加，从而可以缩短充电时间，但同时遵守了目前适用的标准和安全规则。优选地，与机动车辆的通信总是在充电过程中进行。用根据本专利技术的充电布置实施直流充电过程。这意味着直流电源电压通过电压转换器转换为相对较低的直流充电电压。在供电电缆本身中设置了至少两个，优选三个电导体。也可以在供电电缆中设置四个或五个电导体。此外，可选地，还可以在供电电缆中设置至少一根通信线路。通过根据本专利技术布置在充电插头中的电压转换器有可能减小电导体的线横截面，同时在充电插头上提供至少相同和/或增加的充电功率。优选地，在本专利技术中，每个电导体可以在横截面中构造成一体式。一体式并不意味着牢固的或一件式。清晰的导体可以由大量的芯形成，这些芯组合成束。然而，也有可能通过至少两个导线束形成至少一个电导体。在本专利技术中，这意味着两条导线束在供电电缆中彼此分开设置。优选地，电导体可以由三个以上的导线束，特别是六个导线束形成。但是，在供电电缆中也可以设置多于六个的用于电导体的导线束。本专利技术的另一个有利的实施形式变型提出，所有电导体分别由供电电缆中的至少两个彼此分开的导线束形成。这提供了根据本专利技术的优点，即在发生损坏，特别是在导线束中的电缆断裂时，尽管待传输的充电功率高，但是仅需要保护极小的短路电流。特别地，避免了由于过电压对操作充电布置的人员造成的损害。因此，每个单独的导线束可以为极小的短路电流提供保证，使其作为比短路电流较大的一体式电导体。此外，特别优选地，至少两个导线束，优选多个导线束可以相对于供电电缆的横截面有规律地或无规律地分散布置。再次就横截面中的分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有动力电池(3)的电动汽车(2)的充电布置(1)，具有连接到电网的供电站(10)和带有充电插头(6)的供电电缆(11)，其中所述充电插头(6)与电动汽车(2)相连以实施充电过程，其特征在于，在所述充电插头(6)中设置了用于将直流电源电压(Uv)转换成相对于所述电源电压更低的直流充电电压(UL)的电压转换器(9)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170707 DE 202017104168.91.具有动力电池(3)的电动汽车(2)的充电布置(1)，具有连接到电网的供电站(10)和带有充电插头(6)的供电电缆(11)，其中所述充电插头(6)与电动汽车(2)相连以实施充电过程，其特征在于，在所述充电插头(6)中设置了用于将直流电源电压(Uv)转换成相对于所述电源电压更低的直流充电电压(UL)的电压转换器(9)。


2.根据权利要求1的充电布置(1)，其特征在于，在所述供电电缆(11)中设置了至少两个，优选三个电导体(12)，可选地在所述供电电缆(11)中设置至少一根通信线路(20)。


3.根据权利要求1或2的充电布置(1)，其特征在于，通过供电电缆(11)传输大于900V，特别是大于1000V，优选大于1200V，特别优选大于1400V的电源电压(Uv)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的充电布置(1)，其特征在于，所述充电电压(UL)小于电源电压(Uv)的0.9倍。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的充电布置(1)，其特征在于，供电电缆(11)中每个电导体(12)的横截面(A12)小于100mm2，特别是小于80mm2，优选小于70mm2，特别是小于55mm2。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的充电布置(1)，其特征在于，经由所述充电插头(6)调节充电功能，其中供电站(10)提供电源电压(Uv)。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的充电布置(1)，其特征在于，在充电插头(6)之内或在充电插头(6)与供电站(10)之间设置无线通信模块(14)。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的充电布置(1)，其特征在于，向所述电压转换器(9)和/或所述无线通信模块(14)供应来自所述供电电缆(11)的能量，和/或为此设置单独的能量源(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌伦布鲁克·罗杰，迈克尔·舒格特，彼得·慕斯，克里斯多夫·德勒曼，
申请(专利权)人：赛兰博控股有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE