充电时噪声降低的电动车辆的充电系统

技术领域

本发明涉及一种电动车辆的充电系统，更具体地，涉及一种电动车辆的充电系统，该充电系统能够通过降低在电动车辆的多次充电时可能产生的噪声来提高车辆的充电性能。

背景技术

与使用化石燃料作为主要能源的内燃机车辆不同，电动车辆使用电能作为主要能源。因此，电动车辆必须配备能够储存电能的高压电池、作为动力源的马达以及用于驱动马达的逆变器。为了增加电动车辆的行驶距离和功耗效率，电池的容量呈增加的趋势。此外，正在积极努力提高逆变器和马达的效率。

作为提高逆变器和马达效率的方法之一，有提高电池电压的方法。例如，当电池电压提高两倍时，由于P＝VI，在相同的输出功率下流过逆变器和马达的电流减少至1/2，导通损耗(I

然而，在提高电池电压方面存在限制。目前市场上安装的大多数快速充电器只能对电压为约200V～500V的电池进行充电。因此，即使将电池电压提高到800V以上以实现高效率，也无法使用传统的只能对电压为200V～500V的电池进行充电的快速充电器充电。这种与商用快速充电器的兼容性问题是提高电动车辆的电池电压的限制因素。即，为了提高电动车辆的电池电压，需要单独开发能够高电压输出(＝充电)的快速充电器并在市场上额外安装。

另一方面，有一种利用单独的直流/直流(DC/DC)转换器对电压进行升压并利用传统的快速充电器对高压电池进行充电的方法，但是，用于大范围的电压升压的大容量转换器的重量和体积很大、价格昂贵，不仅难以安装在车辆中，而且可能导致车辆价格上升。

为了解决这样的问题，提出了一种使用利用逆变器而不是单独的DC/DC转换器对电压进行升压的方式的多输入充电方法。

被描述为背景技术的上述事项仅用于提高对本发明背景的理解，不应被认为上述事项对应于本领域技术人员已知的现有技术。

现有技术文献

专利文献

(专利文献1)KR 10-2019-0010786 A

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种电动车辆的充电系统，在利用电力线通信(PLC)对电池进行充电的电动车辆中，执行PLC的CP线的负端子直接连接到对电动车辆进行充电的外部充电设备的接地(ground)，而不经由车身接地，因此PLC受到车辆内部的逆变器的开关噪声的影响较小，因此增加了PLC信号的鲁棒性。

本发明的实施例不限于上述技术问题，并且可以从以下描述中导出其他技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面的电动车辆的充电系统包括：入口，具有多个端口，并连接到所述外部充电设备；以及充电管理部，包括控制导频即CP端子，其用于通过所述入口接收指示与所述外部充电设备的充电电源有关的信息的充电信号，其中所述CP端子包括：CP正端子，连接到所述入口的多个端口中的CP端口，以接收所述充电信号；以及CP负端子，直接连接到所述入口的多个端口中的接地(earth)端口，以接收所述外部充电设备的接地信号。

与所述充电电源有关的信息可以是关于所述电动车辆的充电是以快速充电还是慢速充电开始的信息。

所述CP端子可以通过电力线通信即PLC接收所述充电信号。

所述外部充电设备可以是提供400V的充电器。

所述电池可以是800V的高压电池。

来自所述外部充电设备的400V的电压可以通过所述电动车辆内部的逆变器升压至800V并提供给所述电池。

所述CP负端子可以通过零欧姆电阻连接到所述充电管理部的车身接地端子。

所述电动车辆的充电系统可以进一步包括：中间连接器，所述入口的CP端口和接地端口通过所述中间连接器分别连接到所述充电管理部的CP正端子和CP负端子。

所述入口的接地端口和所述中间连接器可以通过从所述入口的接地端口的第一线径的导线分支出来的第二线径的导线连接，所述中间连接器和所述充电管理部的CP负端子可以通过第三线径的导线连接，所述第一线径可以大于所述第二线径，并且所述第二线径可以大于所述第三线径。

所述第一线径可以为6SQ，所述第二线径可以为3SQ，并且所述第三线径可以为0.5SQ。

从所述入口的CP端口和接地端口连接到所述中间连接器的导线可以相互绞合并分别连接到所述充电管理部的CP正端子和CP负端子。

(三)有益效果

在利用电力线通信(PLC)对电池进行充电的电动车辆中，执行PLC的CP线的负端子直接连接到对电动车辆进行充电的外部充电设备的接地，而不经由车身接地，因此PLC受到车辆内部的逆变器的开关噪声的影响较小，因此增加了PLC信号的鲁棒性，并提高了多输入充电的效率。

附图说明

图1是用于帮助理解本发明的多输入充电的配置示意图。

图2是示意性地示出通过控制导频(CP)线传送导频(pilot)信号和电力线通信(PLC)信号的状态的示意图。

图3是示出传统的车辆的CP线路径设计的图。

图4是示出根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统的图。

图5a和图5b是示出传统的电动车辆的充电系统的图。

图6a和图6b是示出根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统的图。

附图标记说明

110：充电基础设施

120：电动车辆

130：慢速充电设备(EVSE)

140：快速充电设备

150：车载充电器(OBC)

210：充电管理部

410：中间连接器

具体实施方式

以下，将参照附图详细描述本发明的实施例。

本发明涉及一种利用电力线通信(power line communication,PLC)对电池进行充电的电动车辆的充电系统，并且以下可以将该电动车辆的充电系统简称为“充电系统”。

图1是用于帮助理解本发明的多输入充电的配置示意图。参照图1，车辆的多输入充电主要由充电基础设施110和电动车辆120执行。

充电基础设施110可以包括慢速充电设备(electric vehicle supplyequipment,EVSE)130和快速充电设备140中的至少一个，并且电动车辆120可以包括车载充电器(on-board charger,OBC)150、J/BOX 160、驱动马达170、逆变器180和电池190。

插电式混合动力车辆(PHEV)和电动车辆(EV)利用来自外部电源的电力进行充电并将其作为动力源来驱动车辆。车辆从EVSE 130接收电力以对电池190进行充电，并且充电方式大致分为慢速充电方式和快速充电方式。

慢速充电方式是将充电器的交流电(AC)转换为直流电(DC)以对电池190进行充电的方式，车辆的OBC 150将AC转换为DC。

快速充电方式通过将充电器的DC直接连接到电动车辆的高压电池190来进行充电。

近来，随着对提高电动车辆的充电速度的工业需求的增加，正在进行各种尝试以增加充电电力，并且作为各种尝试之一，提出了提高电动车辆的高压电池的电压的方法。作为提高电压的电池的示例，可以考虑800V的电池。

传统的电动车辆搭载400V的高压电池，快速充电器也提供400V以对400V的高压电池进行充电。然而，为了使用传统的提供400V的充电器对搭载800V的电池的电动车辆进行充电，需要对电压进行升压的过程。为了这样的电压的升压，采用了多输入充电方式，其通过控制逆变器中的多个开关元件对充电器的电压进行升压，并且利用通过逆变器升压的电压对电池进行充电。

另一方面，为了利用来自外部充电器的电力进行充电，电动车辆120连接有电力线、控制导频(control pilot,CP)线和接近检测(proximity detection,PD)线。CP线是用于在EVSE 130与车辆之间传送和接收信息的通道并且将EVSE 130的控制板连接到电动车辆120的充电管理部(VCMS)210。叠加导频信号和PLC信号并通过CP线将信息从充电器传送到车辆控制器。

电动车辆的充电器中使用的PLC信号是1.8MHz～30MHz的宽带电力线通信信号，称为高频电力线通信信号。在快速充电时，CP线传送和接收关于快速充电的信号，并且400V和800V的快速充电均使用PLC在EVSE 130和电动车辆120之间传送和接收信息。图2是示意性地示出通过CP线传送导频信号和PLC信号的状态的图。

导频信号为1kHz的脉冲宽度调制(PWM)的形式，从EVSE 130传送到VCMS 210。根据EVSE和车辆的状态对信号进行区分并传送。在慢速充电时，通过导频信号在充电器和车辆之间传送和接收关于慢速充电的信息。

另一方面，PLC信号为1.8MHz～30MHz的宽带电力线通信信号，称为高频电力线通信信号。在通过PLC信号进行快速充电时，在充电器和车辆之间传送和接收关于快速充电的信息。

导频信号的频带为1KHz，PLC信号的频带为几MHz，彼此使用的频域不同，因此叠加导频信号和PLC信号并通过CP线传送，然后在VCMS 210中通过滤波器将导频信号和PLC信号再次分离。

如上所述，通过CP线执行的PLC需要CP正线和CP负线。图3是示出传统的车辆的CP线路径设计的图。

参照图3，传统的CP线被设计为使得VCMS的CP正端子连接到EVSE的CP端口，并且VCMS的CP负端子连接到车身接地。当车辆未连接到EVSE时，CP负端子所连接的车身接地未连接到EVSE 130的接地(ground)，而在车辆充电时，通过车辆的OBC 150(即，通过车身接地)接地到EVSE 130的接地。

另一方面，在通过控制逆变器180中的多个开关的开关操作对充电器的电压进行升压并对电动车辆120的电池190进行充电的多输入充电时，由于逆变器180的开关操作而产生开关噪声。当逆变器180的开关噪声影响车身接地时，利用CP线的PLC的波形失真并叠加，使得PLC通道的区分可能变得模糊，从而导致充电中断。

本发明旨在解决现有技术中的这样的问题，其目的在于设计一种鲁棒的CP线，其能够较少地受到逆变器噪声的影响，使得在多输入充电时(即，逆变器执行开关操作时)PLC不中断。以下，电动车辆的VCMS 210可以与充电管理部210混用。

图4是示出根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统的图。

根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统可以包括EVSE 130、充电管理部210和OBC 150。

EVSE 130通过将设置在充电器中的充电连接器连接到电动车辆120的入口来连接到电动车辆120。换言之，来自EVSE 130的电力和各种信号通过设置在电动车辆120中的入口输入到电动车辆120。例如，从EVSE 130产生的CP信号可以通过用于传送CP信号的入口的第四端口传送到电动车辆的充电管理部210的CP端子。

如上所述，EVSE 130的各种信号和电力等通过对应的入口的端口传送到电动车辆120的充电管理部210。尽管在本发明的说明书附图中示出了EVSE 130和充电管理部210之间的连接，但是本领域技术人员可以容易地理解，这与充电管理部210和对应于EVSE 130的信号和电力的入口的各端口之间的连接没有区别。

例如，图4所示的EVSE 130的CP端口和充电管理部210的CP正端子连接表示EVSE130的CP信号被传送到充电管理部210的CP正端子，这可以理解为入口的CP端口连接到充电管理部210的CP正端子以将CP信号从EVSE 130传送到充电管理部210的CP正端子。

以下，为了便于描述，将描述入口的各端口与充电管理部210的各端子之间的连接关系。

入口具有多个端口，各端口根据其功能(或要传送的信号)连接到对应的端子。

CP端口可以是用于在电动车辆和充电器之间传送和接收电力线通信(PLC)信号和脉冲宽度调制(PWM)信号的端口。这里，充电器可以通过CP线将PWM信号传送到电动车辆，并且可以通过PWM信号的占空比控制通知电动车辆是开始快速充电过程还是开始慢速充电过程。

当电动车辆通过识别接收到的PWM信号的占空比确认充电模式时，电动车辆可以通过PLC与充电器一起执行根据确认的充电模式的充电过程。

例如，当PWM信号的占空比为5％时，电动车辆可以开始快速充电过程，当占空比为20％时，电动车辆可以开始慢速充电过程，当占空比为100％时，电动车辆可以识别出充电已终止。然而，所述占空比的示例仅为一个实施例，需要说明的是，与快速充电模式和慢速充电模式相对应的占空比的值可以根据本领域技术人员的设计而不同。

N端口和L1、L2和L3端口可以用作在慢速充电模式下的电力传送端口。

AC接地端口可用于向电动车辆的电力线通信控制器和OBC提供接地信号。

PD端口是用于检测充电连接器接近电动车辆的入口的端口。

DC正端口和DC负端口是用于快速充电的端口，并且可以直接连接到电动车辆的电池。

参照图4，入口的CP端口和PD端口连接到电动车辆的充电管理部210，L1、L2、L3和N端口连接到电动车辆的OBC 150，并且接地端口(AC接地)连接到OBC 150和充电管理部210。

充电管理部210可以通过连接到入口的CP端口的CP正端子从EVSE 130接收CP信号，并获取与外部充电设备的充电电源有关的信息。在这种情况下，可以通过PLC执行信号的传送和接收。

在本发明的一个实施例中，与充电电源有关的信息可以是关于车辆的充电是以快速充电还是慢速充电开始的信息。

充电管理部210的CP负端子直接连接到入口的接地端口。这表示可以直接接收外部充电设备的接地信号，而无需通过车辆内部的OBC 150。

图5a和图5b示出传统的电动车辆的充电系统，图6a和图6b示出根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统。

参照图5a，在传统的电动车辆的充电系统中，当车辆通过入口连接到EVSE 130时，充电管理部210的CP负端子通过OBC 150的车身接地连接到EVSE 130的接地。根据这种传统的CP线连接，由CP正端子和CP负端子形成的环路(loop)(如图5a中的箭头所示)的面积很大，因此环路引起的自感(self inductance)也很大。因此，不能顺利地传送利用几MHz频带的PLC信号。

此外，当车身接地受到用于多输入充电的逆变器的开关引起的开关噪声的影响时，连接到车身接地的CP负端子受到影响，因此PLC中发生失真。

图5b是示出根据传统的电动车辆的充电系统的印刷电路板(PCB)图案的图，并且可以看出CP负端子连接到车身接地(GND)。

参照图6a，在根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统中，充电管理部210的CP负端子直接连接到入口的接地端子。换言之，充电管理部210的CP负端子直接接收EVSE 130的接地信号。

CP负端子直接连接到入口的接地端口表示CP负端子直接接收EVSE 130的接地信号而不经由OBC 150(即，不经由车身接地)。如上所述，由于CP负端子直接接收EVSE 130的接地信号，因此由CP正端子和CP负端子形成的环路的路径变得很小。当由于环路的路径小而环路面积减小时，环路引起的自感减小，从而在使用几MHz频带的PLC中，信号从CP负端子顺利地传送到接地端口。

另外，由于接地端口的阻抗很低，即使车身接地受到逆变器的开关噪声的影响，CP负端子也通过接地端口连接，而不经由车身接地。结果，由CP正端子和CP负端子形成的CP线受到逆变器的开关引起的开关噪声的影响较小，从而增加了PLC信号的鲁棒性。

图6b是示出根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统的PCB图案的图。CP负端子被设计为CP负端子接收到的信号直接传送到用于PLC的物理通信信号处理器。

另一方面，在本发明的一个实施例中，CP负端子可以被设计为通过零欧姆电阻连接到GND端子，以匹配充电管理部210的GND电位。

在本发明的一个实施例中，入口的CP端口和接地端口可以通过中间连接器410分别连接到充电管理部210的CP正端子和CP负端子。更具体地，入口的CP端口通过中间连接器410连接到充电管理部210的CP正端子，入口的PD端口通过中间连接器410连接到充电管理部210的PD端子，并且入口的AC接地端口通过中间连接器410连接到充电管理部210的CP负端子。

另一方面，将入口的多个端口连接到充电管理部210的各端子的导线根据流过的电流及其作用分别具有不同的线径。例如，在几百安培的大电流流过的线的情况下，通过具有粗线径的导线连接。相反，当导线变粗时，自感增加，因此几MHz的PLC信号不能顺利地传送，因此作为高频通信信号线的CP线通过具有细线径的导线连接。

在根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统中，入口的接地端口和中间连接器通过从入口的接地端口的第一线径的导线分支出来的第二线径的导线连接。中间连接器410和充电管理部210的CP负端子通过第三线径的导线连接。第一线径可以大于第二线径，并且第二线径可以大于第三线径。

在本发明的一个实施例中，入口的接地端口和中间连接器410可以通过从连接入口的接地端口和OBC 150的6SQ的线径的导线分支出来的3SQ的线径的导线连接，并且中间连接器410和CP正端子可以通过0.5SQ的线径的导线连接。

这是因为将高压线的粗导线(6SQ)直接分支成细导线(0.5SQ)可能会导致结构上的断线问题，从而使导线的线径通过中间连接器410逐渐减小。

在本发明的一个实施例中，从入口的CP端口和入口的接地端口分别通过中间连接器410连接到充电管理部210的CP正端子和CP负端子的导线可以在经过中间连接器410后相互绞合并连接到CP正端子和CP负端子。

如上所述，当导线绞合并连接到CP正端子和CP负端子时，即使在信号传送过程中出现噪声，彼此绞合的两个导线也会相互影响，并且在两个导线中均会产生噪声。考虑到利用输入到两个端子的信号之间的差来处理信息，由于导线的绞合而输入到CP正端子和CP负端子的噪声可能比仅输入到一个端子的噪声更有助于提高信号处理的可靠性。

根据本发明的实施例的电动车辆的充电系统，用于PLC的充电管理部210的CP负端子直接连接到入口的接地端口以直接接收EVSE 130的接地信号。如上所述，由于CP负端子直接接收EVSE 130的接地信号而不经由车身接地，因此由执行PLC的CP线的CP正端子和CP负端子形成的环路的路径变得很小，因此具有信号从CP负端子顺利地传送到接地端口的技术效果。

另外，由于接地端口的阻抗很低，即使车身接地受到逆变器的开关噪声的影响，CP负端子也通过接地端口连接，而不经由车身接地，因此由CP正端子和CP负端子形成的CP线受到逆变器的开关引起的开关噪声的影响较小，从而增加了PLC信号的鲁棒性，可以高效地执行充电。

以上主要描述了本发明的优选实施例。本发明所属领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的基本特征的范围内，可以以变形的形式实施本发明。因此，所公开的实施例应被认为是说明性的而不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求书而非前述描述来表示，在其等同范围内的所有差异均应解释为包含在本发明中。