БОРТОВОЙ КОНТРОЛЛЕР БЫСТРОГО ЗАРЯДА (CCS)

Полезная модель относится к способу зарядки тяговой батареи транспортного средства с электрическим приводом посредством внешней зарядной станции, в частности к электрическому оборудованию, выполняющему функции контроля и управления процессом заряда напряжением постоянного тока. Бортовой контроллер быстрого заряда предназначен для применения как в составе транспортного средства с электрическим приводом, так и в составе зарядной станции.
Для заряда тяговой батареи электротранспорта с рабочим напряжением от 200 до 1000 В от внешней зарядной станции могут быть использованы способ заряда напряжением переменного тока, с последующим преобразованием энергии переменного тока в постоянный бортовым зарядным устройством электротранспорта, или способ заряда напряжением постоянного тока, при котором напряжение постоянного тока требуемой величины поступает непосредственно на тяговую батарею электротранспорта. Последний способ позволяет значительно сократить время заряда по сравнению с зарядом напряжением переменного тока, в пять - десять раз.
В процессе заряда между заряжаемым электротранспортом и внешней зарядной станцией требуется организовать канал связи, по которому должны передаваться данные об электрических величинах напряжения и тока, данные о моментах начала и окончания передачи энергии, информация о возможных пределах электрических величин (максимальные и минимальные значения напряжения и тока), информация о возможных ошибках.
Канал связи может быть организован по протоколам CAN (в системах CHAdeMO) или PLC (в системах CCS), при этом электрооборудование заряжаемого электротранспорта и внешней зарядной станции должно иметь в своем составе средства для передачи данных по одному из указанных протоколов, а также для взаимодействия с прочими узлами и блоками электротранспорта или внешней зарядной станции.
Известно электрооборудование для управления процессом передачи данных, предназначенное для использования в составе внешней зарядной станции в качестве контроллера быстрого заряда для системы CCS по протоколу PLC (см. https://in4ech-smartcharging.com/products/charging-station-com/charge-control-m, контроллер EVAcharge SE, производства компании in-tech). Известно электрооборудование для управления процессом передачи данных, предназначенное для использования в составе электротранспорта в качестве контроллера быстрого заряда для системы CCS по протоколу PLC (см. https://in-tech-smartcharging.com/products/electric-vehicle-communication /charge-control-1 контроллер Charge Control L, производства компании in-tech).
Электрооборудование, предназначенное для использования в составе внешней зарядной станции, не может быть использовано в составе электротранспорта по причине отсутствия возможности обработки данных от датчиков температуры, возможности управления защелкой механизма фиксации в зарядном разъеме электротранспорта зарядного кабеля, возможности обработки сигналов о неподвижности транспортного средства (состояние ручного тормоза), отсутствия отдельного выхода типа открытый коллектор для управления контактором силовой линии электротранспорта. Электрооборудование, предназначенное для использования в составе электротранспорта, не может быть использовано в составе внешней зарядной станции по причине отсутствия генератора ШИМ-сигнала положительной и отрицательной полярности, необходимого для передачи данных в системе CCS по линии Control Pilot для оповещения заряжаемого электротранспорта о присоединении зарядного кабеля и готовности к передаче энергии, а также готовности к прекращению передачи энергии на стадии завершения процесса заряда.
Решением задачи по унификации электрооборудования для управления и контроля процесса заряда по протоколу PLC в системе CCS может являться использование единого бортового контроллера быстрого заряда, включающего в своем составе все узлы, необходимые для функционирования как в качестве электрооборудования для передачи данных в составе электротранспорта, так и в качестве электрооборудования для передачи данных в составе внешней зарядной станции.
Задача предлагаемой полезной модели состоит в унификации электрооборудования для передачи данных по протоколу PLC в системе CCS для электротранспорта и внешней зарядной станции за счет внедрения всех узлов, необходимых для функционирования как со стороны электротранспорта, так и со стороны зарядной станции, а также единства конструктивного решения.
Технический результат достигается за счет предложенной новой совокупности существенных признаков бортового контроллера быстрого заряда для передачи данных по протоколу PLC в системе CCS.
Заявляемая полезная модель поясняется рисунками фиг. 1-3, на которых представлены:
фиг. 1 - функциональная блок-схема бортового контроллера быстрого заряда;
фиг. 2 - вид бортового контроллера быстрого заряда;
фиг. 3 - вид бортового контроллера быстрого заряда в корпусе.
Бортовой контроллер быстрого заряда работает следующим образом. Микроконтроллер (1), содержащий специализированную программу для управления и процессом заряда и взаимодействием с внешними устройствами электротранспорта или зарядной станции, осуществляет процесс обмена данными по протоколу CAN посредством приемопередатчика протокола CAN (3) с внешним устройством электротранспорта или зарядной станции, получая от него параметры зарядной сессии и управляющие команды, а также выдачу информации о ходе и параметрах текущей зарядной сессии в электротранспорт или в зарядную станцию. Микроконтроллер (1) получает от электротранспорта или зарядной станции следующие параметры: команды управления зарядной сессией, команду на управление контактором силовой цепи тяговой батареи, команды управления защелкой зарядного разъема, текущее состояние электротранспорта или зарядной станции, максимальные значения зарядного напряжения, тока, мощности, заданные значения напряжения и тока, оценочное время до окончания заряда, емкость тяговой батареи электротранспорта, необходимое значение энергии для заряда. Микроконтроллер (1) обеспечивает передачу следующих данных в электротранспорт или в зарядную станцию: текущий статус зарядной сессии, состояние защелки зарядного разъема, текущая температура контактов зарядного разъема, текущие значения напряжения, тока и мощности, максимальные и минимальные значения напряжения, тока и мощности.
Взаимодействие между электротранспортом и зарядной станцией осуществляется по протоколу PLC, для чего служит PLC-модем (4), формирующий высокочастотный сигнал, передаваемый по линии Control Pilot на фоне низкочастотного сигнала. Управление на прием и передачу данных PLC-модемом осуществляет микроконтроллер (1).
Микроконтроллер (2), содержащий специализированную программу, взаимодействует с микроконтроллером (1) и по его командам опрашивает состояние узла обработки температурных датчиков (9), который по сопротивлению температурных датчиков контактов зарядного разъема позволяет контролировать температуру в процессе заряда. Также микроконтроллер (2) по сигналу от микроконтроллера (1) подает команду на выход типа открытый коллектор (10) для включения или отключения контактора силовой цепи тяговой батареи электротранспорта. По командам микроконтроллера (1) микроконтроллер (2) управляет драйвером управления электромеханического блокирующего устройства зарядного разъема - защелки (5), что позволяет фиксировать перед началом новой зарядной сессии зарядный кабель в зарядном разъеме электротранспорта, а по ее окончанию, в момент достижения выходного напряжения безопасного уровня, размыкать защелку. Новая зарядная сессия может быть начата только при постановке электротранспорта на ручной тормоз, для опроса состояния которого служит узел обработки состояния ручного тормоза (8), информация о чем через микроконтроллер (2) передается в микроконтроллер (1). Для дополнительного отображения информации о ходе и состоянии зарядной сессии могут быть задействованы внешние средства индикации, управление которыми осуществляет микроконтроллер (2) по командам микроконтроллера (1) посредством узла управления внешними средствами индикации (6). В качестве таких средств могут выступать как индикаторы на приборной панели электротранспорта, так и индикаторы на зарядной станции. Микроконтроллер (2) также управляет генератором ШИМ-сигнала положительной и отрицательной полярности по линии Control Pilot для оповещения заряжаемого электротранспорта о присоединении зарядного кабеля и готовности к передаче энергии, а также готовности к прекращению передачи энергии на стадии завершения процесса заряда.
Конструктивно бортовой контроллер заряда может быть выполнен на печатной плате, оснащенной монтажными отверстиями для установки разъема на 48 контактов для подключения к бортовой сети электротранспорта, при этом печатная плата может быть смонтирована в корпус для защиты от внешних механических и атмосферных воздействий с клапаном сброса давления. В ином случае печатная плата может быть смонтирована без монтажа разъема на 48 контактов с отдельными соединителями для цепей питания, цепей обмена данными по протоколу CAN, линии Control Pilot, цепей управления внешними средствами индикации, при этом при необходимости прочие цепи могут быть подключены к соответствующим монтажным отверстиям разъема на 48 контактов.
Преимуществом заявляемой полезной модели является унификация электрооборудования для передачи данных по протоколу PLC в системе CCS для электротранспорта и внешней зарядной станции.