CN102738875B

CN102738875B - 充电系统

Info

Publication number: CN102738875B
Application number: CN201210091257.3A
Authority: CN
Inventors: 大伴洋祐
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: US10189360B2; JP2012213302A; DE102012102633A1; US20120253715A1; JP5728270B2; CN102738875A

Abstract

本发明公开充电系统，用于防止充电器对充电状态的错误判定而恰当地对电池充电。通过充电电缆连接充电器和电动车辆，通过充电电缆对电动车辆的电池供应充电电力。充电器基于充电器侧的供应电流和充电电缆的电阻，计算充电电缆的电压下降量。并且，充电器比较判定值和充电器侧的供应电压，在供应电压达到判定值时判定为电池充电至满充电状态。该满充电判定中使用的判定值通过在预先设定的基础判定值上加上电压下降量而更新。据此，可以考虑充电电缆的电压下降量，因此即使使用充电器侧的供应电压，也可以高精度地判定搭载于电动车辆的电池的充电状态，可以恰当地对电池充电。

Description

充电系统

技术领域

本发明涉及通过充电电缆连接充电器和电动车辆，从而对搭载于电动车辆的蓄电装置进行充电的充电系统。

背景技术

近年来，作为动力源而具有电动发动机的电动车辆的开发工作不断取得进展。在对搭载于电动车辆的电池等蓄电装置充电时，从充电器延伸出来的充电电缆连接到电动车辆的充电口(例如，参照专利文献1)。此外，在作为动力源而具有引擎和电动发动机的混合型电动车辆中，也正在开发可通过充电器对蓄电装置充电的所谓插入连接(plug-in)方式的混合型电动车辆。

专利文献1：日本特开2009-83670号公报

然而，由于充电电缆具有电阻或阻抗，因此充电时在充电电缆上会发生电压降。也就是说，由于充电器侧的供应电压和电动车辆侧的接收电压发生差异，因此导致难以根据充电器侧的供应电压高精度地进行蓄电装置的充电判定。由此，在充电器侧无法准确识别蓄电装置的充电状态，难以通过充电器恰当地执行充电控制。

发明内容

本发明的目的在于防止充电器对充电状态的错误判定，并恰当地执行充电控制。

本发明的充电系统，通过充电电缆连接充电器和电动车辆，对搭载于所述电动车辆的蓄电装置进行充电，其特征在于，包括：阻抗计算模块，基于所述充电器的供应电压和所述电动车辆的接收电压的电压差，计算所述充电电缆的通电阻抗；下降量计算模块，基于所述充电电缆的通电阻抗和所述充电器的供应电流，计算充电时的所述充电电缆的电压下降量；充电状态判定模块，比较所述充电器的供应电压和预定的判定值，判定所述蓄电装置的充电状态；判定值更新模块，基于所述电压下降量，更新所述判定值。

本发明的充电系统，其特征在于所述判定值更新模块在预定的基础判定值上加上所述电压下降量来更新所述判定值。

本发明的充电系统，其特征在于所述充电电缆的通电阻抗为所述充电电缆的电阻或阻抗。

本发明的充电系统，其特征在于所述阻抗计算模块、所述下降量计算模块、所述充电状态判定模块和所述判定值更新模块设在所述充电器上。

本发明的充电系统，其特征在于所述电动车辆的接收电压通过所述充电电缆内的通信线发送到所述阻抗计算模块。

本发明的充电系统，其特征在于包括：供应侧处理模块，对所述充电器的供应电压进行预定的滤波处理而计算出供应电压数据；接收侧处理模块，对所述电动车辆的接收电压进行预定的滤波处理而计算出接收电压数据；特征赋予模块，改变所述充电器的供应电压、所述充电器的供应电流、所述电动车辆的接收电压和所述电动车辆的接收电流中的至少一个而在所述供应电压数据和所述接收电压数据上赋予特征点；数据同步模块，基于所述供应电压数据和所述接收电压数据的特征点，同步所述供应电压数据和所述接收电压数据；电压差计算模块，基于进行了同步的所述供应电压数据和所述接收电压数据，计算所述充电器的供应电压和所述电动车辆的接收电压之间的电压差。

本发明的充电系统，其特征在于所述特征赋予模块改变所述充电器的供应电流或所述电动车辆的接收电流而在所述供应电压数据和所述接收电压数据上赋予特征点。

本发明的充电系统，其特征在于所述数据同步模块基于特征点计算所述供应电压数据和所述接收电压数据之间的时间延迟，基于时间延迟同步所述供应电压数据和所述接收电压数据。

根据本发明，基于充电电缆的电压下降量对与充电器的供应电压进行比较的判定值进行了更新，因此可以防止蓄电装置的充电状态的错误判定。据此，可以恰当地对蓄电装置进行充电，能够避免蓄电装置的充电不足。

附图说明

图1为表示本发明的一个实施方式所提供的充电系统的充电状况的概略图；

图2为表示组成充电系统的电动车辆的内部结构的概略图；

图3为表示组成充电系统的充电器的内部结构的概略图；

图4为表示对电动车辆的充电口连接充电器的充电电缆的状态的概略图；

图5为表示电池的充放电特性的一个示例的线图；

图6为表示滤波处理对接收电压和供应电压产生的影响的说明图；

图7为表示预充电模式中的供应电压数据和接收电压数据的变动状态的线图；

图8为表示从充电开始起至充电结束为止的判定值的变动状况的线图；

图9为表示正式充电模式中的供应电压和接收电压的变化趋势的一个示例的线图。

符号说明：

10：充电系统

11：电动车辆

12：充电器

13：电池(蓄电装置)

14：充电电缆

47：通信线

48：充电控制单元(阻抗计算模块、下降量计算模块、充电状态判定模块、判定值更新模块、供应侧处理模块、接收侧处理模块、特征赋予模块、数据同步模块、电压差计算模块)

Vs：供应电压

Vr：接收电压

R：电阻(通电阻抗)

Xa：基础判定值

Xb：判定值

ΔV、ΔV1、ΔV2：电压差

ΔVa：电压下降量

Ds：供应电压数据

Dr：接收电压数据

α1、α2：特征点

T：时间延迟

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。图1为表示本发明的一个实施方式所提供的充电系统10的充电状况的概略图。并且，图2为表示组成充电系统10的电动车辆11的内部结构的概略图。而且，图3为表示组成充电系统10的充电器12的内部结构的概略图。首先，如图1所示，电动车辆11中作为蓄电装置搭载有电池13，在对该电池13充电时，充电器12的充电电缆14连接到电动车辆11的充电口15。而且，充电器12一边控制供应到电动车辆11的充电电流和充电电压，一边将电池13充电到预定的充电状态SOC。

如图2所示，电动车辆11具有作为动力源的电动发电机20，电动发电机20通过驱动轴21连接到驱动轮22。并且，电动发电机20和电池13通过对直流电和交流电进行双向变换的变换器23进行连接。在此，连接电池13和变换器23的通电线24、25上设有主继电器26。并且，车体侧部的充电口15上设置有受电连接器27，受电连接器27上设有一对受电端子27a、27b。其中一个受电端子27a通过受电线28连接于正极侧的通电线24，另一个受电端子27b通过受电线29连接于负极侧的通电线25。并且，电动车辆11中设有用于检测受电线28、29的电压，即接收电压Vr的电压传感器30，同时设有用于检测受电线28的电流，即接收电流Ir的电流传感器31。进一步地，受电连接器27上设有信号端子27c，该信号端子27c上连接有通信线32。并且，电动车辆11上设有对整个车辆进行综合控制的车辆控制单元33、控制电池13的电池控制单元34、控制变换器23的电机控制单元35。这些控制单元33～35通过通信网络36相互连接。在此，各控制单元33～35通过CPU和存储器等构成。

如图3所示，充电器12中设有将来自外部电源40的交流电变换为充电用的直流电的电力变换部41。该电力变换部41通过整流电路、变压器、开关电路等而构成。并且，设在充电器12的充电电缆14的前端处设有相对受电连接器27可自由装卸的供电连接器42。该供电连接器42上设有与受电连接器27的受电端子27a、27b对应的一对供电端子42a、42b。其中一个供电端子42a通过供电线43连接于电力变换部41的正极端子41a，另一个供电端子42b通过供电线44连接于电力变换部41的负极端子41b。并且，充电器12中设有用于检测供电线43、44的电压，即供应电压Vs的电压传感器45，同时设有用于检测供电线43的电流，即供应电流Is的电流传感器46。进一步地，供电连接器42上设有信号端子42c，该信号端子42c上连接有通信线47。并且，充电器12中设有通过CPU和存储器等构成的充电控制单元48，由充电控制单元48对电力变换部41输出控制信号。

图4为表示对电动车辆11的充电口15连接充电器12的充电电缆14的状态的概略图。如图4所示，通过在充电口15的受电连接器27上连接充电电缆14的供电连接器42，变成通过供电线43、44和受电线28、29连接电力变换部41和电池13的状态。并且，通过在充电口15的受电连接器27上连接充电电缆14的供电连接器42，变成经由通信线32、47连接车辆控制单元33和充电控制单元48的状态。如此，当充电器12和电动车辆11通过充电电缆14进行连接时，充电器12的充电控制单元48控制电力变换部41而对电池13充电，直至供应电压Vs达到预定的判定值Xb。充电控制单元48通过直到供应电压Vs达到判定值Xb为止持续对电池13充电，从而保证电池13的满充电状态。

但是，连接到电动车辆11的充电电缆14具有电阻(通电阻抗)R，因此从充电器12向电动车辆11供应电力时，在充电电缆14中会发生电压降。也就是说，供应电压Vs和接收电压Vr之间会存在差值，这个差值相当于充电电缆14中的电压下降量ΔVa。如此，由于充电器侧的供应电压Vs和电池侧的接收电压Vr不一致，因此即使单纯地持续充电直至充电器侧的供应电压Vs达到预定电压，也难以保证电池13的满充电状态。在此，图5为表示电池13的充放电特性的一个示例的线图。如图5所示，当电池13的充电状态SOC为50％时，电池电压示出为398V，当电池13的充电状态SOC为80％时，电池电压示出为400V。如此，当具有电池电压相差较小时呈现出很大的充电状态SOC差异的充放电特性时，难以利用供应电压Vs来保证电池13的满充电状态。如图5所示，即使为了将电池13充电至满充电状态(例如，SOC＝80％)，持续进行充电直至供应电压Vs达到400V，若充电电缆14的电压下降量ΔVa为2V，则电池侧的接收电压Vr仅能达到398V。也就是说，虽然电池13处于充电不足状态(SOC＝50％)，但在充电器侧会错误判定为已达到满充电状态而结束充电。

因此，起到阻抗计算模块、下降量计算模块、充电状态判定模块和判定值更新模块的功能的充电控制单元48在计算充电电缆14的电压下降量ΔVa的同时，基于电压下降量ΔVa更新与供应电压Vs进行比较的判定值Xb。首先，充电控制单元48为了计算充电电缆14的电压下降量ΔVa，计算充电电缆14的电阻R。计算电阻R时，算出供应电压Vs和接收电压Vr之间的电压差ΔV，使用该电压差ΔV和供应电流Is计算电阻R(R＝ΔV/Is)。在此，在计算充电电缆14的电阻R时，也可以使用接收电流Ir来代替供应电流Is。并且，作为充电电缆14的通电阻抗举了电阻R，但是不限于此，当充电电缆14的通电阻抗表现为阻抗Z时，可以使用阻抗Z来代替电阻R。如目前为止说明的那样，虽然使用接收电压Vr和供应电压Vs计算充电电缆14的电阻R，但是在使用通过电压传感器30、45检测出的接收电压Vr和供应电压Vs时，需要进行移动平均处理和加权平均处理等滤波处理而排除噪声的影响。

在此，图6为表示滤波处理对接收电压Vr和供应电压Vs产生的影响的说明图。如图6所示，对通过电压传感器30、45检测出的实测数据进行滤波处理，从而由实测数据加工出滤波处理后的处理数据时，实测数据和处理数据之间会发生时间延迟。该伴随滤波处理的时间延迟的长度根据滤波处理的内容而变化。即，当对电动车辆侧的接收电压Vr实施的滤波处理和对充电器侧的供应电压Vs实施的滤波处理不相同时，在基于接收电压Vr的接收电压数据Dr和基于供应电压Vs的供应电压数据Ds之间将会发生时间延迟。由此，为了比较供应电压数据Ds和接收电压数据Dr而准确地计算电压差ΔV，需要在掌握时间延迟而同步供应电压数据Ds和接收电压数据Dr的基础上相互比较。在此，充电控制单元48起到计算接收电压数据Dr的接收侧处理模块的功能，同时还起到计算供应电压数据Ds的供应侧处理模块的功能。并且，电动车辆侧的接收电压Vr从车辆控制单元33通过通信线32、47发送到充电控制单元48。

以下，说明将基于供应电压Vs的供应电压数据Ds和基于接收电压Vr的接收电压数据Dr进行同步的基础上进行比较，且高精度地计算供应电压Vs和接收电压Vr的电压差ΔV的顺序。首先，充电控制单元48在执行将电池13充电至满充电状态的正式充电模式之前，先执行以计算供应电压数据Ds(供应电压Vs)和接收电压数据Dr(接收电压Vr)的电压差ΔV为目的的预充电模式。在此，图7为表示预充电模式中的供应电压数据Ds和接收电压数据Dr的变动状态的线图。如图7所示，起到特征赋予模块的功能的充电控制单元48在预充电模式中使用电力变换部41对供应电压Vs暂时性地进行升降。在此，由于受电线28、29和供电线43、44发生连接，如图7的放大部分所示，接收电压Vr也与供应电压Vs联动而按照相同的时序暂时性地发生变化。据此，对供应电压Vs进行滤波处理的供应电压数据Ds呈现为向上方突出的曲线，同时对接收电压Vr进行滤波处理的接收电压数据Dr也呈现为向上方突出的曲线。即，通过改变供应电压Vs，在供应电压数据Ds上赋予特征点α1的同时，在接收电压数据Dr上赋予特征点α2。在此，作为改变供应电压Vs的方法，可以举出利用电力变换部41有计划地改变供应电流Is的方法。

如此，由于在供应电压数据Ds上赋予的特征点α1和在接收电压数据Dr上赋予的特征点α2意味着相同的时间点，因此起到数据同步模块的功能的充电控制单元48计量特征点α1和特征点α2的时间间隔，计算因滤波处理而引起的供应电压数据Ds与接收电压数据Dr的时间延迟T(例如，0.5秒)。而且，考虑时间延迟T而比较供应电压数据Ds(符号β1)和接收电压数据Dr(符号β2)。据此，可以按照相同的时序比较供应电压数据Ds和接收电压数据Dr，通过起到电压差计算模块功能的充电控制单元48高精度地计算出供应电压数据Ds和接收电压数据Dr的电压差ΔV1。而且，通过有计划地改变供应电压Vs和接收电压Vr而在供应电压数据Ds与接收电压数据Dr上赋予特征点α1、α2，还可以确认电压传感器30、45的正常动作。于是，充电控制单元48基于电压差ΔV1和计算出电压差ΔV1时的供应电流Is，计算充电电缆14的电阻R。需要说明的是，在前述的说明中，针对供应电压数据Ds和接收电压数据Dr赋予特征点α1、α2之后，基于供应电压数据Ds和接收电压数据Dr计算出电压差ΔV1，但是不限于此，可以如图7所示在赋予特征点α1、α2的时间点计算出电压差ΔV2。

在此，在前述的说明中，在预充电模式通过有计划地改变供应电压Vs来使接收电压Vr被动地改变，但是不限于此，也可以通过有计划地改变接收电压Vr来使供应电压Vs被动地改变。此时，可以暂时启动设在电动车辆11的电加热器等电气负载，从而有计划地改变电动车辆侧的接收电压Vr。并且，在前述的说明中，使供应电压Vs暂时性地发生了升降，但是不限于此，也可以将供应电压Vs抬高之后维持该水平。并且，在前述的说明中，抬高了供应电压Vs和接收电压Vr，但是不限于此，也可以拉低供应电压Vs和接收电压Vr。并且，在前述的说明中，将供应电压数据Ds和接收电压数据Dr所呈现的拐点捕捉为特征点α1、α2，但是不限于此，可以将预定的电压变化量和电压变化速度以上(以下)的位置捕捉为特征点，也可以将预定的电压值以上(以下)的位置捕捉为特征点。进一步地，即使不改变供应电压而改变供应电流，也可以改变供应电压而发现拐点。例如，进行将供应电流在较短时间内提升至预定的电流值，然后保持一定值等操作，并监视供应电压的上升情况，由此同样也可以发现拐点。

如前所述，一旦在预充电模式中算出充电电缆14的电阻R，则充电控制单元48继续在正式充电模式中基于充电时的供应电流Is计算充电电缆14的电压下降量ΔVa(ΔVa＝Is×R)。而且，充电控制单元48针对预先设定的基础判定值Xa加上电压下降量ΔVa，由此算出用于与供应电压Vs比较的判定值Xb(Xb＝Xa+ΔVa)。在此，图8表示从充电开始起至充电结束为止的判定值Xb的变动状况的线图。如图8所示，从充电开始起随着接近满充电状态，电池13的充电阻抗增大，因此充电器12的供应电流Is也渐渐下降。而且，如同用符号α表示的那样，当通过充电控制单元48判定为供应电压Vs达到判定值Xb时，充电控制单元48判断为电池13达到满充电状态而结束充电控制。

在此，图9为表示正式充电模式中的供应电压Vs和接收电压Vr的变化趋势的一个示例的线图。如图9所示，与供应电压Vs进行比较的判定值Xb被提高了一定值，这个值相当于充电电缆14的电压下降量ΔVa，由此可以基于供应电压Vs和判定值Xb来判定电池13的满充电状态。也就是说，将基础判定值Xa设定为对应于电池13的满充电状态的电池电压(例如400V)，由此当供应电压Vs达到判定值Xb(例如410V)时，电池侧的接收电压Vr达到基础判定值Xa(例如400V)。如此地，通过将判定值Xb提高相当于电压下降量ΔVa的值，可以避免由充电控制单元48引起的满充电状态的错误判定，可以消除电池13的充电不足。并且，充电控制单元48基于供应电压Vs和接收电压Vr计算充电电缆14的电阻R，由此可以高精度地求出电压下降量ΔVa，可以高精度地更新判定值Xb。也就是说，考虑到充电电缆14的长度会根据充电设备等情况而有所调整，因此不使用预先设定的电阻R，而是在预充电模式中计算电阻R，从而可以高精度地更新判定值Xb。在此，在前述的说明中，比较供应电压Vs和判定值Xb而判定了电池13的满充电状态，但是不限于此，可以比较供应电压数据Ds和判定值Xb而判定电池13的满充电状态。

本发明不限于前述的实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。在前述的说明中，使充电器12内的充电控制单元48起到了阻抗计算模块、下降量计算模块、充电状态判定模块、判定值更新模块、供应侧处理模块、接收侧处理模块、特征赋予模块、数据同步模块和电压差计算模块的功能，但是不限于此。例如，可以使电动车辆11内的车辆控制单元33起到阻抗计算模块、下降量计算模块、充电状态判定模块、判定值更新模块、供应侧处理模块、接收侧处理模块、特征赋予模块、数据同步模块和电压差计算模块的功能。并且，阻抗计算模块、下降量计算模块、充电状态判定模块、判定值更新模块、供应侧处理模块、接收侧处理模块、特征赋予模块、数据同步模块和电压差计算模块这些模块可以由充电控制单元48和车辆控制单元33分担。

在前述的说明中，当充电状态SOC为80％时表示为达到满充电状态，但是所谓满充电状态由设计上的电池使用范围(SOC的上限值)所左右，因此不限于充电状态SOC达到80％的情形。并且，作为计算接收电压数据Dr时的滤波处理和计算供应电压数据Ds时的滤波处理，可以列举移动平均处理和加权平均处理，但是不限于这些处理方法。并且，可以利用电路进行硬件性的滤波处理，也可以使用程序进行软件性的滤波处理。并且，使用通过电流传感器31、46检测出的供应电流Is和接收电流Ir时，也可以进行移动平均处理等滤波处理。

并且，图示的电动车辆11是作为驱动源而只具备电动发电机20的电动车辆，但是也可以是作为驱动源而具备电动发电机20和引擎的混合型电动车辆。并且，作为蓄电装置，采用了锂离子二次电池和镍氢二次电池等电池13，但是不限于此，作为蓄电装置可以使用锂离子电容器和双电层电容器等电容器。需要说明的是，在前述的说明中，使用了在充电电缆14具备接触式的供电连接器42的导电方式的充电器12，但是不限于此，可以使用在充电电缆14具备非接触式的供电连接器的感应方式的充电器。

Claims

1.一种充电系统，通过充电电缆连接充电器和电动车辆，对搭载于所述电动车辆的蓄电装置进行充电，其特征在于，所述充电系统包括：

阻抗计算模块，基于所述充电器的供应电压和所述电动车辆的接收电压的电压差，计算所述充电电缆的通电阻抗；

下降量计算模块，基于所述充电电缆的通电阻抗和所述充电器的供应电流，计算充电时的所述充电电缆的电压下降量；

充电状态判定模块，比较所述充电器的供应电压和预定的判定值，判定所述蓄电装置的充电状态；

判定值更新模块，在预定的基础判定值上加上所述电压下降量来更新所述判定值。

2.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于所述充电电缆的通电阻抗为所述充电电缆的阻抗。

3.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于所述充电电缆的通电阻抗为所述充电电缆的电阻。

4.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于所述阻抗计算模块、所述下降量计算模块、所述充电状态判定模块和所述判定值更新模块设在所述充电器上。

5.根据权利要求4所述的充电系统，其特征在于所述电动车辆的接收电压通过所述充电电缆内的通信线发送到所述阻抗计算模块。

6.根据权利要求1所述的充电系统，其特征在于包括：

供应侧处理模块，对所述充电器的供应电压进行预定的滤波处理而计算出供应电压数据；

接收侧处理模块，对所述电动车辆的接收电压进行预定的滤波处理而计算出接收电压数据；

特征赋予模块，改变所述充电器的供应电压、所述充电器的供应电流、所述电动车辆的接收电压和所述电动车辆的接收电流中的至少一个而在所述供应电压数据和所述接收电压数据上赋予特征点；

数据同步模块，基于所述供应电压数据和所述接收电压数据的特征点，同步所述供应电压数据和所述接收电压数据；

电压差计算模块，基于进行了同步的所述供应电压数据和所述接收电压数据，计算所述充电器的供应电压和所述电动车辆的接收电压之间的电压差。

7.根据权利要求6所述的充电系统，其特征在于所述特征赋予模块改变所述充电器的供应电流或所述电动车辆的接收电流而在所述供应电压数据和所述接收电压数据上赋予特征点。

8.根据权利要求6所述的充电系统，其特征在于所述数据同步模块基于特征点计算所述供应电压数据和所述接收电压数据之间的时间延迟，基于时间延迟同步所述供应电压数据和所述接收电压数据。