CN102668312B - 电动车辆的供电系统 - Google Patents

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Abstract

控制装置(3)被配置为基于从DC电源所供给的电力和配电电路(10)侧所需的电力这两者，来生成用于使双向供电装置(2)的操作改变为充电操作或供电操作的切换信号。双向供电装置(2)包括：控制部(23)，用于基于该切换信号来使电动车辆(60)的操作改变为充电操作或供电操作，其中该充电操作用于对电池(62)进行充电，该供电操作用于向DC配电板(1)供给从电池(62)放电得到的DC电力；DC-DC转换器(21)，用于对来自DC配电板(1)的DC电力的电压值进行转换并且供给至电动车辆(60)的电池(62)；以及DC-DC转换器(22)，用于对来自电动车辆(60)的电池(62)的DC电力的电压值进行转换并且供给至DC配电板(1)。

Description

电动车辆的供电系统
技术领域
本发明通常涉及一种电动车辆的供电系统。
背景技术
近年来，已经研发出诸如插电式混合动力车辆(Plug-inHybrid Vehicle，PHV)或电池电动车辆(Battery Electric Vehicle，BEV)等的电动车辆。作为对电动车辆进行充电的方式，已考虑了经由住宅的电源插座向该电动车辆供给商用AC(交流)电源，由此对该电动车辆进行充电。
此外，已对如下情况进行了研究讨论：如果在向电动车辆供给商用AC电源以对该电动车辆的电池进行充电的状态下发生停电，则通过使该电池放电来向住宅内的电气设备供给电力(例如，参见日本特开2006-158084)。
在上述专利申请所公开的系统中，当对电动车辆进行充电时，向该电动车辆供给商用AC电源，并且在该电动车辆内将AC转换成DC(直流)以对电池进行充电。因此，存在如下问题：当将AC转换成DC时，产生转换损耗。同样，当使电动车辆放电时，该电池中所积蓄的DC电力被转换成AC电力并供给至住宅侧。因此，存在如下问题：当将DC转换成AC时，产生转换损耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动车辆的供电系统，其中该电动车辆的供电系统在对电动车辆的电池进行充电时以及/或者在使该电池放电以向住宅供电时，可以跳过AC-DC转换和/或DC-AC转换的步骤，由此高效地利用电力。
为了实现上述目的，本发明包括：一种电动车辆的供电系统，包括：直流配电板，其包括配电电路，其中所述配电电路用于将来自至少一个直流电源的直流电力分配至多个输出；双向供电装置，用于进行充电操作和供电操作，其中所述充电操作用于向所述电动车辆的电池供给来自所述直流配电板的直流电力，所述供电操作用于向所述直流配电板供给来自所述电动车辆的所述电池的直流电力；以及控制装置，用于基于从所述至少一个直流电源所供给的电力和所述配电电路侧所需的电力这两者，来生成用于将所述双向供电装置的操作改变为所述充电操作或所述供电操作的切换信号，其中，所述双向供电装置包括：控制部，用于基于所述控制装置所生成的切换信号，使所述电动车辆将其操作改变为所述电池的充电操作或所述电池的供电操作；车辆侧供电部，用于当对所述电动车辆进行充电时，向所述电动车辆供给来自所述直流配电板的直流电力；以及配电板侧供电部，用于当所述电动车辆进行放电时，向所述直流配电板供给来自所述电动车辆的直流电力。
根据本发明，当对电动车辆的电池进行充电时，从DC配电板经由双向供电装置向该电动车辆供给DC电力。因此，在电动车辆侧无需将AC转换成DC。由于该原因，不会产生AC-DC转换时的转换损耗。另外，当使电动车辆的电池放电、由此从电动车辆侧进行供电时，双向供电装置向DC配电板直接供给该电动车辆的电池中所积蓄的DC电力。因此，无需将从电动车辆所供给的DC电力转换成AC电力。由于该原因，不会产生DC-AC转换时的转换损耗。因此，可以高效地利用电力。
在实施例中，所述直流配电板配置于建筑物内。所述电动车辆还配备有：充放电部，用于对所述电池进行充电和放电；以及充放电控制部，用于对所述充放电部的操作进行控制。在进行所述充电操作时，所述双向供电装置向所述电动车辆的所述充放电部供给从所述直流配电板所供给的直流电力，并且在进行所述供电操作时，所述双向供电装置向所述直流配电板供给从所述电动车辆的所述充放电部所供给的直流电力。所述双向供电装置的所述控制部基于所述控制装置所生成的切换信号，经由所述电动车辆的所述充放电控制部，使所述电动车辆的所述充放电部将其操作改变为所述电池的充电操作或所述电池的供电操作。
在实施例中，所述至少一个直流电源包括蓄电池，所述蓄电池被配置为利用从其它直流电源所供给的直流电力进行充电，并且在所述其它直流电源停止供电时进行放电。当所述电动车辆进行放电时，所述蓄电池利用从所述配电板侧供电部所供给的直流电力来进行充电。
根据本实施例，可以将从电动车辆的电池放电得到的DC电力积蓄在蓄电池中。
附图说明
现在将更加详细地说明本发明的优选实施例。通过以下的详细说明以及附图来更好地理解本发明的其它特征和优点，其中：
图1是示出本发明的实施例的系统结构的图；
图2是示出本发明的另一实施例的系统结构的图。
具体实施方式
以下基于附图来说明本发明的实施例。
电动车辆的供电系统的实施例可以进行如下两种配置中的任一种：向诸如插电式混合动力车辆(PHV)或电池电动车辆(BEV)等的电动车辆供给DC电力以对该电动车辆的电池进行充电；在住宅侧发生电力不足时，通过使电动车辆的电池进行放电来向住宅侧供给该电动车辆的电池中所积蓄的电力。在本实施例中，说明了将电动车辆的供电系统应用于独立住宅的结构。然而，当然，电动车辆的供电系统也可被应用于诸如集体住宅、商业机构或其它建筑等。
图1示出电动车辆的供电系统的示意图。该电动车辆的供电系统包括DC(直流)配电板1、双向供电装置2、控制装置3和设置/显示装置4。DC配电板1配置于住宅H，并且被配置为将从DC电源所供给的DC电力分配至住宅H内所配置的分支电路。双向供电装置2被配置为进行充电操作和供电操作，其中该充电操作用于向电动车辆的电池供给来自DC配电板的DC电力，该供电操作用于向DC配电板供给来自电动车辆的电池的DC电力。例如，双向供电装置2被配置为进行充电操作或供电操作。在充电操作时，双向供电装置2向电动车辆60的充放电电路63供给从DC配电板1所供给的DC电力。在供电操作时，双向供电装置2向DC配电板1供给从电动车辆60的充放电电路63所供给的DC电力。
电动车辆60包括连接器61、诸如锂离子电池等的电池62、充放电电路63、通信电路64和充放电控制电路65。连接器61被配置为以可拆卸的方式安装至供给用连接器26。这里，供给用连接器26设置于从双向供电装置2所引出的充电线缆CA的一端。充放电电路63被配置为对电池62进行充电和放电。通信电路64被配置为与双向供电装置2进行通信。充放电控制电路65被配置为基于由通信电路64所接收到的从双向供电装置2供给的切换信号来将充放电电路63的操作改变为充电操作或供电操作。
DC配电板1符合300V级的DC电压。DC配电板1内嵌入有协调控制部11和多个DC断路器12。协调控制部11被配置为对从多个DC电源所供给的DC电力进行协调并且供给至负载电路。多个DC断路器12分别连接在协调控制部11的输出端与多个系统的分支电路之间。DC断路器12各自具有用于与分支电路相连接的输出。在本实施例中，配电电路10包括多个DC断路器12。DC配电板1还包括DC-DC转换器13、DC-DC转换器14、DC-DC转换器15和AC-DC转换器16。DC-DC转换器13被配置为将光伏设备(photovoltaic facility)50所产生的DC电压转换成预定电压值的DC电压。DC-DC转换器14被配置为将燃料电池51所产生的DC电压转换成预定电压值的DC电压。DC-DC转换器15被配置为将从蓄电池52所供给的DC电压转换成预定电压值的DC电压。这里，蓄电池52可以进行如下两种配置中的任一种：利用其它DC电源进行充电；在上述其它DC电源停止供电时进行放电。AC-DC转换器16被配置为将从商用AC电源100所供给的AC电力转换成DC。DC-DC转换器13~15以及AC-DC转换器16的各输出均经由DC电力线L1与协调控制部11相连接。在本实施例中，作为至少一个DC电源，包括了光伏设备50、燃料电池51、蓄电池52、用于将相应的DC电源的输出转换成预定电压值的DC-DC转换器13、14、15、以及用于将来自商用AC电源100的AC输入转换成DC的AC-DC转换器16。
双向供电装置2包括DC-DC转换器(车辆侧供电部)21、DC-DC转换器(配电板侧供电部)22、接口部24、通信部25和控制部23。DC-DC转换器21被配置为将从DC断路器12经由DC电力线L2所供给的DC电力转换成与电动车辆60相对应的电压值的DC电力并且供给至电动车辆60。DC-DC转换器22被配置为对从电动车辆60所供给的DC电压的电压值进行转换并且输出至DC电力线L1。接口部24被配置为与控制装置3进行信号的传输。通信部25被配置为经由通信线路L4与电动车辆60的通信电路64进行通信。控制部23被配置为基于从控制装置3或电动车辆60所供给的信号来控制DC-DC转换器21、22的操作。在本实施例中，使双向供电装置2的通信部25和电动车辆60的通信电路64之间所传送的信号经由内置于充电线缆CA的专用通信线路L4来进行传输。然而，该信号可以通过电力线通信而叠加在电力线L3上并经由电力线L3进行传输。该信号可以通过短距离无线通信来进行传输。
控制装置3具有能够对从DC配电板1所供给的DC电力的供电量进行控制的功能。控制装置3被配置为单独控制从DC-DC转换器13~15以及AC-DC转换器16所供给的各电力，由此确定多个DC电源之间的供电比率。控制装置3还具有能够向双向供电装置2供给与多个DC电源的供电能力有关的信息的功能。双向供电装置2被配置为基于与从控制装置3所供给的供电能力有关的信息来控制DC-DC转换器21，由此对供给至电动车辆60的DC电力进行控制，以使得供给至电动车辆60的DC电力不超过DC电源的供电能力。
设置/显示装置4包括具有触摸面板的液晶显示监视器。设置/显示装置4被配置为将DC电源的供电状况显示在画面上。另外，通过对该画面上所显示的操作按钮的触摸操作，可以经由设置/显示装置4对控制装置3设置各种设置条件。
现在，说明通过使用本供电系统的电动车辆60的充放电操作。
控制装置3将来自DC电源的电力(电力供给量)与分支电路侧所需的电力(所需电力量)进行比较。如果来自DC电源的电力供给量高于所需电力量，则控制装置3向双向供电装置2供给用于将双向供电装置2的操作切换为充电操作的切换信号，由此控制装置3使双向供电装置2向电动车辆60供电。因而，控制装置3使双向供电装置2优先对电动车辆60的电池62进行充电。在电池62的充电完成之后，控制装置3利用其它DC电源来对蓄电池52进行充电。控制装置3可被配置为在蓄电池52的充电完成之后、经由DC-AC转换器(图中未示出)将从DC电源所供给的DC电力转换成AC电力并且供给至AC装置。另一方面，如果来自DC电源的电力供给量低于所需电力量，则控制装置3首先使蓄电池52放电。在使蓄电池52放电之后，控制装置3向双向供电装置2供给用于将双向供电装置2的操作切换为供电操作的切换信号，由此控制装置3使双向供电装置2向DC配电板1侧供给由电动车辆60的电池62放电得到的DC电力。即，本实施例被配置为：在来自DC电源的电力供给量低于所需电力量的情况下，将双向供电装置2的操作切换为供电操作。
在本实施例中，所需电力量例如是连接至配电电路10的负载的操作所需的总电力量。可以经由外部设置装置对控制装置3设置该所需电力量。例如，经由用于管理负载的操作的家用服务器来对控制装置3设置该所需电力量。在这种情况下，该家用服务器与各自连接至配电电路10的输出的多个负载相连接。各负载被配置为向家用服务器提供与该负载的自身操作所需的电力有关的信息。该家用服务器对从这些负载所提供的信息进行管理，并且计算这些负载所需的总电力量。该家用服务器将该总电力量作为所需电力量发送至控制装置3。
在对电动车辆60进行充电的情况下，当从双向供电装置2所引出的充电线缆CA的供给用连接器26与电动车辆60的连接器61相连接时，双向供电装置2的控制部23使通信部25向电动车辆60侧供给充电信息发送请求。这里，该充电信息发送请求是用于发送与充电电压和充电电流有关的充电信息的请求。当电动车辆60的通信电路64接收到从双向供电装置2发送来的充电信息发送请求时，充放电控制电路65使通信电路64向双向供电装置2供给与本车辆的充电电压和充电电流有关的充电信息。在双向供电装置2的通信部25接收到该充电信息之后，双向供电装置2的控制部23基于通信部25所接收到的充电信息以及经由接口部24从控制装置3所获得的DC电源的供电能力来判断是否能够进行来自DC配电板1的供电。然后，控制部23利用可供给的电流值以及电动车辆60侧所请求的电压值来控制DC-DC转换器21的输出，由此向电动车辆60侧供电。
在本实施例中，作为用于向DC配电板1供给DC电力的DC电源，使用了光伏设备50、燃料电池51、蓄电池52、以及通过经由AC-DC转换器16将来自商用AC电源100的AC输出转换成DC所获得的DC电源。在本实施例中，控制装置3自动进行从多个DC电源中选择用于向电动车辆60供电的至少一个DC电源的处理。在本实施例中，可以经由设置/显示装置4对控制装置3设置从AC-DC转换器16所供给的电力。例如，经由设置/显示装置4对控制装置3设置从AC-DC转换器16所供给的电力的上限。
例如，在对电动车辆60侧的电池62进行充电的情况下，进行如下假定：利用设置/显示装置4将从用于使商用AC电源100的AC输入转换成DC的AC-DC转换器16所供给的电力设置为0；存在太阳光(即，光伏设备50进行发电)；以及蓄电池50中积蓄有电力。另外，假定电动车辆60响应于充电信息发送请求来将充电电压为DC 300V且充电电流为20A的这种充电信息发送至双向供电装置2。然后，将该充电信息从双向供电装置2进一步发送至控制装置3。这里，控制装置3被配置为掌握各DC电源的供电能力。进行如下假定：光伏设备50的发电电力为2000VA；燃料电池51的发电电力为0VA；蓄电池52的供电能力为1000VA；以及住宅H内的其它电气装置并未消耗电力。在这种情况下，控制装置3判断为针对电动车辆60的可供电电力为3000VA。控制装置3控制DC-DC转换器13和DC-DC转换器15，并且通过使用光伏设备50和蓄电池52作为电源，在充电电压为300V且充电电流为10A的条件下向电动车辆60进行供电。
接着，假定不存在太阳光，但其它条件与上述情况相同。在这种情况下，控制装置3判断为针对电动车辆60的可供电电力为1000VA，这与蓄电池52的供电能力相对应。然后，控制装置3控制DC-DC转换器15，并且通过使用蓄电池52作为电源，在充电电压为300V且充电电流为3.3A的条件下对电动车辆60进行供电。
接着，进行如下假定：将从用于使商用AC电源100的AC输入转换成DC的AC-DC转换器16所供给的电力设置为1000VA；不存在太阳光；以及蓄电池52中积蓄有电力且其供电能力为1000VA。在这种情况下，控制装置3判断为针对电动车辆60的可供电电力为2000VA。然后，控制装置3控制DC-DC转换器15和AC-DC转换器16，并且通过使用用于将商用AC电源100的AC输入转换成DC的AC-DC转换器16以及蓄电池52作为电源，在充电电压为300V且充电电流6.6A的条件下对电动车辆60进行供电。
这里，控制装置3被配置为基于预先设置的选择规则来自动选择至少一个最佳的DC电源。然而，可以通过使用设置/显示装置4对控制装置3设置优先使用哪种DC电源进行供电。
如上所述，从DC配电板1向电动车辆60侧供给DC电力，并且经由电动车辆60的充放电电路63对电池62进行充电。这里，如果来自DC电源的供电停止，则控制装置3将切换信号经由双向供电装置2发送至电动车辆60。然后，电动车辆60的充放电电路63使电池62放电，由此从电池62向DC配电板1侧供给DC电力。
例如，在夜间等期间正对电动车辆60进行充电的状态下，通过使用设置/显示装置4将商用AC电源100的电力转换设置为最低限，并且将电动车辆60的第二天的预定行驶距离设置为50km。由于光伏设备50在夜间不产生电力，因此本供电系统要通过使用燃料电池51和蓄电池52作为电源来对电动车辆60进行充电并且向住宅H内的负载供电。如果燃料电池51和蓄电池52的组合的供电能力低于住宅H内的负载所需的电力，则控制装置3将如下的切换信号输出至双向供电装置2，其中该切换信号用于使双向供电装置2的操作从用于对电动车辆60的电池62进行充电的充电操作改变为用于使电池62放电的放电操作(供电操作)。双向供电装置2将该切换信号发送至电动车辆60。然后，电动车辆60的充放电控制电路65基于通信电路64所接收到的切换信号来使充放电电路63进行放电操作(供电操作)，由此使电池62中所积蓄的DC电力经由电力线L3放电到双向供电装置2。在双向供电装置2中，在此期间，根据从控制装置3所输入的切换信号，控制部23不仅使DC-DC转换器21的操作停止，还使DC-DC转换器22将从电动车辆60所供给的DC电压(例如，300V)转换成与住宅的电力线相符合的传输电压值(例如，350V)并且输出至DC电力线L1。因此，本供电系统可以通过使用电动车辆60的电池62作为电源来向住宅H内的负载供给DC电力。
顺便提及，当通过使用设置/显示装置4设置了第二天的预定行驶距离时，控制装置3将与该预定行驶距离有关的设置信息经由双向供电装置2发送至电动车辆60。电动车辆60的充放电控制电路65基于从双向供电装置2所供给的设置信息，来确定行驶该预定行驶距离所需的所需电池容量。在根据从双向供电装置2所输入的切换信号开始电池62的放电之后，充放电控制电路65将电池62的剩余电池容量与该所需电池容量进行比较。如果电池62的剩余电池容量低于所需电池容量，则充放电控制电路65自动控制充放电电路63以停止电池62的放电。因此，可以确保行驶该预定行驶距离所需的电池容量。
另外，充放电控制电路65被配置为当电池62的放电停止时，使通信电路64将用于报告该放电停止的放电停止信号发送至双向供电装置2。当接收到该放电停止信号时，双向供电装置2使DC-DC转换器22的操作停止以及使接口部24将放电停止信号发送至控制装置3。当控制装置3接收到该放电停止信号时，为了补偿由于电动车辆60的放电停止所引起的电力不足，控制装置3使AC-DC转换器16工作，由此控制装置3使AC-DC转换器16将从商用AC电源100所供给的AC电力转换成DC电力，并且向蓄电池52和负载供给该DC电力。
在本供电系统中，在使电动车辆60的电池62放电以向住宅H的DC配电系统供给该放电电力时，即使过电流流动以及/或者发生漏电的情况下，利用接地漏电断路器(图中未示出)和/或DC配电板1中所配置的DC断路器12也能够对住宅H内的负载进行保护。
如上所述，在该电动车辆的供电系统中，当对电动车辆60的电池62进行充电时，从DC配电板1经由双向供电装置2向电动车辆60供给DC电力。因此，在电动车辆60侧无需将AC转换成DC。由于该原因，不会产生AC-DC转换时的转换损耗。另外，当使电动车辆60的电池62放电以从电动车辆60侧进行供电时，双向供电装置2向DC配电板1供给电动车辆60的电池62中所积蓄的DC电力。因此，无需将从电动车辆60所供给的DC电力转换成AC电力。由于该原因，不会产生DC-AC转换时的转换损耗。因此，可以高效地利用电力。
在上述电动车辆的供电系统中，可以利用由电动车辆60的电池62放电得到的DC电力来对蓄电池52进行充电。在该结构中，住宅H内的负载可以有效地利用电动车辆60的电池62中所积蓄的DC电力。
在上述电动车辆的供电系统中，双向供电装置2包括两个DC-DC转换器21、22。在充电时，DC-DC转换器21被配置为对从住宅侧所供给的DC电力进行电压转换以供给至电动车辆60侧。在放电时，DC-DC转换器22被配置为对从电动车辆60所供给的DC电力进行转换以向住宅侧供给该DC电力。然而，如图2所示，双向供电装置2可以包括与来自住宅侧的充电以及来自车辆侧的放电这两者相兼容的一个DC-DC转换器27。对DC-DC转换器27进行配置，以使得利用从控制部23所供给的控制信号来控制其操作。在充电时，DC-DC转换器27被配置为对经由分支断路器(DC断路器)12所供给的DC电力进行电压转换以供给至电动车辆60侧。在放电时，DC-DC转换器27还被配置为对从电动车辆60所供给的DC电力的电压值进行转换以供给至住宅侧(协调控制部11)。
尽管已经参考特定优选实施例说明了本发明，但本领域技术人员可以在没有背离本发明的真实精神和范围、即没有背离权利要求书的情况下进行多种修改和变形。

Claims (3)

1.一种电动车辆的供电系统，包括：
电动车辆，其包括电池、用于对所述电池进行充电和放电的充放电部以及用于对所述充放电部的操作进行控制的充放电控制部；
直流配电板，其包括配电电路，其中所述配电电路包括多个直流断路器并用于将来自至少一个直流电源的直流电力分配至多个输出；
双向供电装置，用于进行充电操作和供电操作，其中所述充电操作用于向所述电动车辆的电池供给来自所述直流配电板的直流电力，所述供电操作用于向所述直流配电板供给来自所述电动车辆的所述电池的直流电力；
控制装置，用于基于从所述至少一个直流电源所供给的电力和所述配电电路侧所需的电力这两者，来生成用于将所述双向供电装置的操作改变为所述充电操作或所述供电操作的切换信号；以及
设置/显示装置，用于设置所述电动车辆的第二天的预定行驶距离，
其中，所述双向供电装置包括：
控制部，用于基于所述控制装置所生成的切换信号，使所述电动车辆将其操作改变为所述电池的充电操作或所述电池的供电操作；
车辆侧供电部，其由直流-直流转换器构成，并用于当对所述电动车辆进行充电时，向所述电动车辆供给来自所述直流配电板的直流电力；以及
配电板侧供电部，其由直流-直流转换器构成，并用于当所述电动车辆进行放电时，向所述直流配电板供给来自所述电动车辆的直流电力，
当通过所述设置/显示装置设置了第二天的预定行驶距离时，所述控制装置将与所述预定行驶距离有关的设置信息经由所述双向供电装置发送至所述电动车辆，
所述电动车辆的所述充放电控制部基于从所述双向供电装置所供给的设置信息，来确定行驶所述预定行驶距离所需的所需电池容量，以及
当所述电池的剩余电池容量低于所述所需电池容量时，所述充放电控制部控制所述充放电部以自动停止所述电池的放电。
2.根据权利要求1所述的电动车辆的供电系统，其特征在于，
所述直流配电板配置于建筑物内，
在进行所述充电操作时，所述双向供电装置向所述电动车辆的所述充放电部供给从所述直流配电板所供给的直流电力，并且在进行所述供电操作时，所述双向供电装置向所述直流配电板供给从所述电动车辆的所述充放电部所供给的直流电力，以及
所述双向供电装置的所述控制部基于所述控制装置所生成的切换信号，经由所述电动车辆的所述充放电控制部，使所述电动车辆的所述充放电部将其操作改变为所述电池的充电操作或所述电池的供电操作。
3.根据权利要求2所述的电动车辆的供电系统，其特征在于，
所述至少一个直流电源包括蓄电池，所述蓄电池被配置为利用从其它直流电源所供给的直流电力进行充电，并且在所述其它直流电源停止供电时进行放电，以及
当所述电动车辆进行放电时，所述蓄电池利用从所述配电板侧供电部所供给的直流电力来进行充电。
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