СПОСОБ ЗАРЯДКИ ТЯГОВОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ ПОСРЕДСТВОМ КОЛОНКИ ДЛЯ ЗАРЯДКИ И СИСТЕМА ЗАРЯДКИ
METHOD FOR CHARGING THE TRACTION BATTERY OF A VEHICLE WITH AN ELECTRIC DRIVE USING A CHARGING COLUMN AND A CHARGING SYSTEM

Настоящее изобретение относится к способу зарядки тяговой аккумуляторной батареи транспортного средства с электрическим приводом посредством колонки для зарядки. При этом тяговая аккумуляторная батарея выполнена с возможностью зарядки зарядными напряжениями по меньшей мере двух разных уровней.
Чтобы сделать возможными транспортные средства с электрическим приводом с высоким запасом хода и в то же время небольшим весом за счет небольшого поперечного сечения кабеля, для их тяговых аккумуляторных батарей все чаще используются электрические токи с величиной постоянного напряжения 800 В. Однако для зарядных станций обычно предусмотрены электрические токи с величиной постоянного напряжения 400 В.
Из уровня техники поэтому стали известны транспортные средства с электрическим приводом с силовой электроникой, которые делают возможным зарядку транспортных средств, в которых величина напряжения составляет 800 В, посредством зарядной станции с меньшей величиной напряжения, например 400 В. Однако применение такой силовой электроники будет снижать эффективность процесса зарядки и, возможно, также создавать ограничения в отношении мощности.
Поэтому предложено изготавливать зарядные станции, которые также могут обеспечивать напряжения соответственно большей величины. Тем не менее с этим связаны значительные проблемы, так как некоторые из норм, которые необходимо учитывать касательно зарядных станций, даже не допускают некоторые величины напряжения или переключение между двумя напряжениями разной величины в ходе процесса зарядки.
Например, колонки для зарядки согласно стандарту GB/T по норме обеспечивают только величину зарядного напряжения 400 В. При этом нормами GB/T 18487.1-2015 и 27930-2015 в случае зарядки транспортных средств с электрическим приводом постоянным током предусмотрено, что транспортные средства работают только с фиксированным уровнем напряжения, например 400 В, и запрещается или не допускается какое-либо автоматическое переключение между двумя величинами напряжения в ходе процесса зарядки. Таким образом, если транспортное средство с электрическим приводом требует более высокого зарядного напряжения, то колонка для зарядки переходит в режим ошибки, и зарядка больше осуществляться не может. Еще одна проблема связана с тем, что этими нормами нормативно не регулируется первая проверка изоляции, например, с уровнем напряжения 400 В и последующей зарядкой с уровнем напряжения 800 В (и выполняемый на ее основании контроль изоляции).
Следовательно, задача настоящего изобретения состоит в улучшении взаимодействия между зарядными станциями, в частности согласно стандарту GB/T, и транспортными средствами с электрическим приводом, которые поддерживают напряжения большей величины. Предпочтительно при этом должно быть возможным безопасное и в то же время незатратное переключение параметров зарядки в процессе зарядки, в частности, с учетом соответствующих норм и, например, стандарта GB/T для зарядных станций.
Эта задача решается способом с признаками в пункте 1 формулы изобретения. Объектом в пункте 13 формулы изобретения является система согласно изобретению. Предпочтительные дополнительные варианты осуществления изобретения являются объектом в зависимых пунктах формулы изобретения. Другие преимущества и признаки настоящего изобретения станут очевидны из общего описания и описания варианта осуществления.
Способ согласно изобретению предназначен для зарядки тяговой аккумуляторной батареи транспортного средства с электрическим приводом посредством колонки для зарядки. При этом тяговая аккумуляторная батарея выполнена с возможностью зарядки зарядными напряжениями по меньшей мере двух разных величин. После подключения транспортного средства с электрическим приводом к колонке для зарядки, в частности, посредством по меньшей мере одного зарядного кабеля между системой управления аккумуляторной батареей транспортного средства с электрическим приводом и колонкой для зарядки происходит обмен данными для согласования зарядного напряжения. Для этого посредством системы управления аккумуляторной батареей в по меньшей мере одном приветственном сообщении (Battery Handshake Message, BHM) на зарядную станцию передают максимально допустимое общее зарядное напряжение. При этом данное переданное максимально допустимое общее зарядное напряжение на определенное значение меньше, чем наибольшая величина зарядного напряжения тяговой аккумуляторной батареи.
Способ согласно изобретению обеспечивает много преимуществ. Одно значительное преимущество дает приветственное сообщение с целенаправленно уменьшенной величиной зарядного напряжения тяговой аккумуляторной батареи. Этим предотвращается, например, появление уведомлений об ошибке при подключении транспортного средства с величиной напряжения 800 В к зарядной станции согласно стандарту GB/T. Этим также надежно обеспечивается переключение величины напряжения со стороны колонки для зарядки, что в целом исключительно делает возможным или значительно улучшает весь процесс зарядки. Следовательно, без такого переключения максимальная зарядная мощность зарядной станции обычно не исчерпывается или технически ограничивается, так как стандартом GB/T разрешены только неохлаждаемые зарядные кабели, у которых часто максимальная допустимая нагрузка током составляет 250 A. Следовательно, этот способ дает особое преимущество, если величина зарядного напряжения выше, чем напряжение для проверки изоляции.
Полезным и предпочтительным является то, что переданное максимально допустимое общее зарядное напряжение уменьшают или уменьшено на значение, которое соответствует меньшей или наименьшей величине зарядного напряжения тяговой аккумуляторной батареи. В частности, допустимое общее зарядное напряжение уменьшают до 400 В. Возможными также являются и другие значения общего зарядного напряжения. В результате процесс зарядки от колонки для зарядки согласно стандарту GB/T значительно улучшается.
Возможным и предпочтительным также является то, что переданное максимально допустимое общее зарядное напряжение уменьшают или уменьшено на значение, которое сохраняют в системе управления аккумуляторной батареей для зарядной станции, подключенной в определенный (тот) момент. В частности, переданное максимально допустимое общее зарядное напряжение составляет 400 В +/- 10% или +/- 20%. В частности, значение, до которого уменьшают переданное максимально допустимое общее зарядное напряжение, выбирают в зависимости от нормы, касающейся колонки для зарядки. Возможным и предпочтительным также является то, что значение, до которого уменьшено переданное максимально допустимое общее зарядное напряжение, соответствует (максимальной) величине напряжения, установленной колонкой для зарядки, для проверки изоляции и предпочтительно для первой, или начальной, проверки изоляции.
Предпочтительно устанавливают по меньшей мере один измеряемый параметр для проверки изоляции для предстоящего процесса зарядки. В частности, для этого определяют минимальное значение передаваемого максимально допустимого общего зарядного напряжения и прочности изоляции колонки для зарядки, сохраняемой в колонке для зарядки. В частности, на основании предварительного конфигурирования определяют прочность изоляции колонки для зарядки и ее компонентов. Затем предпочтительно посредством колонки для зарядки проводят проверку изоляции для предстоящего процесса зарядки с учетом этого измеряемого параметра, установленного перед этим.
Предпочтительно посредством системы управления аккумуляторной батареей на зарядную станцию отправляют (первое) сообщение касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи (Battery Charging Parameter, BCP) относительно максимального напряжения тяговой аккумуляторной батареи. Предпочтительно при этом на зарядную станцию передают значение для максимального напряжения, которое на определенное значение меньше, чем фактическое максимальное напряжение тяговой аккумуляторной батареи. Предпочтительно при этом передают значение, которое соответствует значению меньшей величины зарядного напряжения тяговой аккумуляторной батареи. Предпочтительно для этого фактическое максимальное напряжение тяговой аккумуляторной батареи уменьшают на такое же значение, как и значение, предусмотренное при уменьшении максимально допустимого общего зарядного напряжения. Является возможным, чтобы для этого в колонку для зарядки передавали такое же значение, как и для переданного максимально допустимого общего зарядного напряжения. В частности, это сообщение обрабатывается зарядной станцией.
В частности, посредством зарядной станции в систему управления аккумуляторной батареей отправляют по меньшей мере одно сообщение о максимальном выходном напряжении зарядной станции (Chargers Maximum Output Capacity, «CML»). В частности, это сообщение обрабатывается системой управления аккумуляторной батареей.
Предпочтительно посредством системы управления аккумуляторной батареей на зарядную станцию отправляют по меньшей мере еще одно сообщение касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи (BCP) относительно максимального напряжения тяговой аккумуляторной батареи. Предпочтительно при этом на зарядную станцию передают значение для максимального напряжения, которое соответствует (фактическому) максимальному напряжению тяговой аккумуляторной батареи, если оно меньше или равно выходному напряжению зарядной станции (CML), передаваемому зарядной станцией. Возможным и предпочтительным также является то, что при этом на зарядную станцию передают значение для максимального напряжения, которое соответствует меньшей величине зарядного напряжения тяговой аккумуляторной батареи, если (фактическое) максимальное напряжение тяговой аккумуляторной батареи больше, чем максимальное выходное напряжение зарядной станции (CML), передаваемое зарядной станцией. В частности, это сообщение обрабатывается зарядной станцией.
В частности, система управления аккумуляторной батареей может снова отправить на зарядную станцию еще одно сообщение касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи (BCP) для согласования зарядного напряжения. В частности, зарядная станция соответственно отвечает отправкой в систему управления аккумуляторной батареей максимального выходного напряжения зарядной станции (CML). В частности, максимальное выходное напряжение зарядной станции (CML) составляет по меньшей мере 800 В, предпочтительно по меньшей мере 900 В и, например, 950 V +/- 10%.
Является возможным и предпочтительным то, что через зарядную станцию в систему управления аккумуляторной батареей продолжают отправлять сообщения о максимальном выходном напряжении зарядной станции (CML), в частности, пока система управления аккумуляторной батареей не прекратит многократно отправлять дополнительные сообщения касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи (BCP) и/или пока зарядной станцией не будет принято по меньшей мере одно сообщение о том, что система управления аккумуляторной батареей готова для зарядки (Battery Charging Ready, «BRO»).
В частности, последнее принятое значение для максимального напряжения тяговой аккумуляторной батареи из сообщения касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи в (BCP), отправленного из системы управления аккумуляторной батареей, сохраняют в зарядной станции и используют для текущего процесса зарядки в качестве предельного значения зарядного напряжения. Это сохраненное значение соответствует, в частности, обеспечиваемому зарядному напряжению. В частности, обеспечивается зарядное напряжение с величиной зарядного напряжения 800 В.
Предпочтительно во время и/или после выполнения описанных выше этапов процесс зарядки не прерывается зарядной станцией. Прерывание возможно, в частности, в том случае, если было превышено нормативно установленное или заданное время ожидания.
Во всех реализациях является предпочтительным то, что обеспечиваемое для текущего процесса зарядки зарядное напряжение используется зарядной станцией для по меньшей мере одного (непрерывного) контроля изоляции в процессе зарядки и/или для по меньшей мере одной дополнительной проверки изоляции. В частности, в процессе зарядки происходит контроль изоляции. В частности, контроль изоляции выполняется на основании применяемого зарядного напряжения.
В одной предпочтительной реализации описанного выше способа или в другом способе зарядки тяговой аккумуляторной батареи транспортного средства с электрическим приводом посредством колонки для зарядки согласно изобретению предусматривается, что посредством системы управления аккумуляторной батареей на зарядную станцию отправляют (первое) сообщение касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи (BCP) относительно максимального напряжения тяговой аккумуляторной батареи. Предпочтительно при этом на зарядную станцию передают значение для максимального напряжения, которое соответствует меньшему уровню зарядного напряжения тяговой аккумуляторной батареи и/или величине зарядного напряжения в 400 В, если переданное перед этим зарядной станцией максимальное выходное напряжение зарядной станции (CML) меньше, чем напряжение, учитываемое для проверки изоляции.
С помощью такого способа вышеупомянутая задача также может быть решена особенно предпочтительным образом. Этот способ дает особое преимущество, если величина зарядного напряжения ниже, чем напряжение для проверки изоляции. Предпочтительно также этот способ согласно изобретению по меньшей мере частично выполняют так, как описано выше.
В одном варианте осуществления посредством системы управления аккумуляторной батареей на зарядную станцию передают по меньшей мере еще одно сообщение касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи (BCP) относительно максимального напряжения тяговой аккумуляторной батареи для согласования зарядного напряжения, которое выше, чем максимальное напряжение, переданное в отправленном перед этим (первом) сообщении касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи (BCP), но меньше или равно максимальному выходному напряжению зарядной станции (CML), переданному перед этим зарядной станцией.
Система зарядки согласно изобретению предназначена и выполнена для применения в соответствии со способом согласно изобретению или его вариантом. Также система зарядки согласно изобретению дает много преимуществ и особенно предпочтительно решает поставленную выше задачу.
В частности, система зарядки содержит по меньшей мере одну систему управления аккумуляторной батареей для тяговой аккумуляторной батареи транспортного средства с электрическим приводом, которая выполнена с возможностью зарядки зарядными напряжениями по меньшей мере двух разных уровней. В частности, система зарядки содержит по меньшей мере одну колонку для зарядки, которая выполнена с возможностью соединения с системой управления аккумуляторной батареей. В частности, соединение системы управления аккумуляторной батареей с колонкой для зарядки происходит путем правильного подключения зарядного кабеля колонки для зарядки к транспортному средству с электрическим приводом.
Согласно изобретению под величиной зарядного напряжения следует понимать, в частности, диапазон напряжений, в котором тяговая аккумуляторная батарея может заряжаться. Например, зарядное напряжение во время зарядки может отклоняться на +/- 10% или +/- 20% от величины напряжения по техническим причинам. Согласно изобретению под величиной напряжения следует понимать, в частности, диапазон напряжений, в котором тяговая аккумуляторная батарея находится в надлежащем режиме работы. Так, например, аккумуляторная батарея с величиной напряжения в 800 В имеет напряжение от приблизительно 750 до приблизительно 850 В, в зависимости от степени заряженности аккумуляторной батареи. В частности, тяговую аккумуляторную батарею можно заряжать зарядными напряжениями по меньшей мере двух разных величин.
В контексте настоящего изобретения под меньшей величиной зарядного напряжения тяговой аккумуляторной батареи следует понимать, в частности, отличную от самой высокой величину зарядного напряжения, и предпочтительно наименьшую величину зарядного напряжения. В случае, если для тяговой аккумуляторной батареи предусмотрено более двух, и, например, трех или более величин зарядного напряжения, под меньшей величиной зарядного напряжения тяговой аккумуляторной батареи следует понимать, в частности, такую величину зарядного напряжения, которая составляет 400 В и/или которая не превышает стандартное зарядное напряжение, предусмотренное для соответствующей колонки для зарядки.
В частности, по меньшей мере одна и, в частности, низкая (самая низкая) величина зарядного напряжения составляет 400 В, и по меньшей мере одна другая величина зарядного напряжения составляет 800 В. Также возможны другие величины напряжения. Является возможным, что зарядное напряжение для процесса зарядки отклоняется на 10% или 20% от предусмотренной величины зарядного напряжения.
В частности, система управления аккумуляторной батареей и колонка для зарядки отправляют сообщения друг другу циклически и предпочтительно независимо друг от друга. В частности, отправленное сообщение обрабатывается соответствующим получателем. В частности, обмен данными инициируется приветственным сообщением (BHM). Во всех конфигурациях особенно предпочтительно, чтобы обмен данными происходил в соответствии с J1939.
Дополнительные преимущества и признаки настоящего изобретения вытекают из вариантов осуществления, которые поясняются ниже со ссылкой на сопроводительные фигуры.
На чертеже показана:
фиг. 1 - крупное схематическое представление системы зарядки согласно изобретению.
На фиг. 1 показана система 10 зарядки согласно изобретению, которую применяют в соответствии со способом согласно изобретению. Система 10 зарядки предназначена для зарядки тяговой аккумуляторной батареи 1 транспортного средства с электрическим приводом, которое в этом документе подробно не представлено. Посредством тяговой аккумуляторной батареи 1 можно снабжать электрической энергией бортовую сеть с величиной напряжения, например, 800 В. Здесь тяговая аккумуляторная батарея 1 может быть заряженной с применением двух величин зарядного напряжения, как, например 400 В и 800 В. Тогда фактическое зарядное напряжение устанавливается равным от 350 В до 450 В или от приблизительно 700 В до 900 В в зависимости от степени заряженности или общего состояния тяговой аккумуляторной батареи 1.
Для зарядки тяговой аккумуляторной батареи 1 предусмотрена колонка 2 для зарядки с зарядным кабелем, который в этом документе подробно не представлен. Для обеспечения возможности безопасной и надежной зарядки между колонкой 2 для зарядки и системой 3 управления аккумуляторной батареей транспортного средства обеспечен непрерывный обмен данными в процессе зарядки. При этом между колонкой 2 для зарядки и системой 3 управления аккумуляторной батареей происходит, в частности, соответствующее преобразование связи согласно J1939. В частности, в ходе всего процесса зарядки также происходит контроль изоляции электрических компонентов.
Далее со ссылкой на фиг. 1 описано представленное в качестве примера выполнение способа согласно изобретению для случая, в котором величина зарядного напряжения выше, чем напряжение для проверки 5 изоляции:
выполняют обработку приветственного сообщения 4 BHM системы 3 управления аккумуляторной батареей, которое содержит сигнал максимально допустимого общего зарядного напряжения («Maximum allowable total charging voltage»), например 400 В.
На основании предварительного конфигурирования колонке 2 для зарядки известно, какие прочности изоляции имеют все подключенные компоненты колонки 2 для зарядки.
Определяют минимальную величину этого сигнала, то есть «Maximum allowable total charging voltage», и заданной прочности изоляции и устанавливают в качестве измеряемого параметра для этого процесса зарядки.
На основании предшествующей обработки колонка 2 для зарядки будет выполнять проверку 5 изоляции с применением этого измеряемого параметра.
Выполняют обработку первого сообщения 6 касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи BCP системы 3 управления аккумуляторной батареей, которое содержит сигнал максимального напряжения «Maximum Voltage», например 400 В.
Выполняют отправку на зарядную станцию 2 сообщения 7 CML, которое содержит сигнал максимального выходного напряжения «Maximum Output Voltage», например 950 В.
Выполняют обработку и прием следующего за этим еще одного сообщения 16 касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи BCP системы 3 управления аккумуляторной батареей, которое содержит сигнал максимального напряжения «Maximum Voltage», например 800 В.
Выполняют повторную отправку на зарядную станцию 2 сообщения 7 CML, которое содержит сигнал максимального выходного напряжения «Maximum Output Voltage», например 950 В. Это происходит до тех пор, пока система 3 управления аккумуляторной батареей не перестанет отправлять сообщение 16 BCP, и от зарядной станции 2 не будет принято сообщение 8 BRO.
Последнее принятое значение сигнала максимального напряжения «Maximum Voltage» в сообщении 16 касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи BCP системы 3 управления аккумуляторной батареей сохраняют и затем используют для текущего процесса зарядки в качестве предельного значения, например 800 В.
Во время или после выполнения описанных этапов процесс зарядки не прерывается или не приостанавливается зарядной станцией 2, если только не было превышено нормативно установленное время ожидания.
Далее описано представленное в качестве примера выполнение способа согласно изобретению для случая, в котором величина зарядного напряжения ниже, чем напряжение для проверки 5 изоляции:
выполняют обработку приветственного сообщения 4 BHM системы 3 управления аккумуляторной батареей, которое содержит сигнал максимально допустимого общего зарядного напряжения («Maximum allowable total charging voltage»), например 800 В.
На основании предварительного конфигурирования колонке 2 для зарядки известно, какие прочности изоляции имеют все подключенные компоненты колонки 2 для зарядки.
Определяют минимальную величину этого сигнала, то есть «Maximum allowable total charging voltage», и заданной прочности изоляции и устанавливают в качестве измеряемого параметра для этого процесса зарядки.
На основании предшествующей обработки колонка 2 для зарядки будет выполнять проверку 5 изоляции с применением этого измеряемого параметра.
Выполняют обработку первого сообщения 6 касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи BCP системы 3 управления аккумуляторной батареей, которое содержит сигнал максимального напряжения «Maximum Voltage», например 800 В.
Выполняют отправку на зарядную станцию 2 сообщения 7 CML, которое содержит сигнал максимального выходного напряжения «Maximum Output Voltage», например 500 В.
Выполняют обработку и прием следующего за этим еще одного сообщения 16 касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи BCP системы 3 управления аккумуляторной батареей, которое содержит сигнал максимального напряжения «Maximum Voltage», например 400 В.
Выполняют повторную отправку на зарядную станцию 2 сообщения 7 CML, которое содержит сигнал максимального выходного напряжения «Maximum Output Voltage», например 500 В. Это происходит до тех пор, пока система 3 управления аккумуляторной батареей не перестанет отправлять сообщение 16 BCP, и/или от зарядной станции 2 не будет принято сообщение 8 BRO.
Последнее принятое значение сигнала максимального напряжения «Maximum Voltage» в сообщении 16 касательно параметров зарядки аккумуляторной батареи BCP системы 3 управления аккумуляторной батареей сохраняют и затем используют для текущего процесса зарядки в качестве предельного значения, например 500 В.
Во время или после выполнения описанных этапов процесс зарядки не прерывается или не приостанавливается зарядной станцией 2, если только не было превышено нормативно установленное время ожидания.
Представленное в этом документе изобретение обеспечивает значительное улучшение взаимодействия зарядных станций 2 с транспортными средствами, у которых тяговые аккумуляторные батареи 1 поддерживают напряжения большей величины. В то же время обеспечивается возможность оптимизации процесса зарядки на стороне зарядной станции 2 в отношении зарядной мощности и эффективности.