发明内容
发明所要解决的技术问题
认为在电动汽车中增加搭载蓄电量多的锂离子蓄电池(Lithium ionbattery)在今后将成为主流。若锂离子蓄电池过充电,则会在负极侧析出金属锂从而电池性能显著劣化、缩短寿命,在正极侧引起电解液的氧化或电极的结晶构造的破坏从而发热。若过放电,则正负电极都会熔析电极材料的一部分,故电池性能显著劣化从而发热。在最差的情况下,由于过充电或者过放电所引起的发热,也有可能导致电解液汽化以至于爆炸。为此,在锂离子蓄电池中需要正确地掌握并控制充放电,期望在蓄电池主体或汽车上搭载电流传感器(Sensor),从而正确地测量在蓄电池中流动的电流。在电流传感器精度不良的情况下,需要增大用来确保安全的富余量,从而无法有效利用锂离子蓄电池本来的蓄电量,抑制在较少的充放电量来使用,故作为电池的利用效率显著降低。
另外,为使电动汽车得以普及,可以说充电基础设施(Infrastructure)的配备较为重要,为使充电基础设施作为事业完成,在充电器侧也期望配备正确地测量充电电流的电流传感器以便进行与充电量相应的付费等。
本发明是鉴于上述问题而完成的,为了同时实现电动汽车更安全的利用和蓄电池本来能力的充分利用,其目的在于提供一种充电精度更加良好的蓄电池充电系统以及蓄电池充电方法,
用于解决技术问题所采用的技术方案
本发明的蓄电池充电系统,其特征在于,具备:车辆,其具备电力接口、经由所述电力接口接受电力的蓄电池、测量向所述蓄电池供给的电流的第1电流传感器、以及经由所述电力接口进行信号的收发的通信单元;充电装置,其具备电力接口、经由所述电力接口供给电力的电力供给单元、测量向所述车辆供给的电流的第2电流传感器、以及经由所述电力接口进行信号的收发的通信单元,在所述充电装置与所述车辆之间确认了所述第1电流传感器以及所述第2电流传感器的传感器灵敏度之后开始充电。
根据该构成,因为在调查了充电装置的电流传感器和车辆的电流传感器的灵敏度是否一致之后开始充电,所以在充电时能够以正确的充电量来进行充电,能够减少对蓄电池过充电的风险,安全且有效地利用蓄电池的性能,从而能够延长蓄电池寿命。
在本发明的蓄电池充电系统中优选,经由所述电力接口从所述充电装置向所述车辆供给至少一个级别(Level)的传感器灵敏度确认用电流,在所述车辆中由所述第1电流传感器测定所述传感器灵敏度确认用电流,并在所述第1电流传感器的测定值相对于规定值而处于特定的范围内之时开始充电。
在本发明的蓄电池充电系统中优选,所述充电装置具备对已与所述车辆连接这一情况进行检测的连接检测单元,在所述连接检测单元检测出所述连接之时,所述充电装置经由所述电力接口向所述车辆发送规定的信号。
本发明的蓄电池充电方法是从充电装置向车辆的蓄电池供给电力以进行充电的蓄电池充电系统中的蓄电池充电方法,其特征在于,在所述充电装置与所述车辆之间在确认了所述充电装置的电流传感器以及所述车辆的电流传感器的传感器灵敏度之后开始充电。
根据该方法,因为在调查了充电装置的电流传感器和车辆的电流传感器的灵敏度是否一致之后开始充电,所以在充电时能够以正确的充电量来进行充电,能够减少会过充电蓄电池的风险,安全且有效地利用蓄电池的性能,从而能够延长蓄电池寿命。
在本发明的蓄电池充电方法中优选,所述蓄电池充电方法具备:经由所述电力接口从所述充电装置向所述车辆供给至少一个级别的传感器灵敏度确认用电流的步骤;以及在所述车辆中由所述电流传感器测定所述传感器灵敏度确认用电流,并在所述电流传感器的测定值相对于规定值而处于特定的范围内之时开始充电的步骤。
在本发明的蓄电池充电方法中优选,所述蓄电池充电方法具备:在检测出所述充电装置和所述车辆已连接之时,所述充电装置经由所述电力接口向所述车辆发送规定的信号的步骤。
本发明的充电装置是从充电装置向车辆的蓄电池供给电力以进行充电的蓄电池充电系统的充电装置,其特征在于,所述充电装置具备:电力接口、经由所述电力接口供给电力的电力供给单元、测量向所述车辆供给的电流的电流传感器、经由所述电力接口进行信号的收发的通信单元、以及控制单元,所述控制单元进行在与所述车辆之间确认了所述电流传感器以及所述车辆的电流传感器的传感器灵敏度之后开始充电的控制。
本发明的车辆是从充电装置向车辆的蓄电池供给电力以进行充电的蓄电池充电系统所对应的车辆,其特征在于,所述车辆具备:电力接口、经由所述电力接口接受电力的蓄电池、测量向所述蓄电池供给的电流的电流传感器、经由所述电力接口进行信号的收发的通信单元、以及控制单元,所述控制单元进行在与所述充电装置之间确认了所述电流传感器以及所述充电装置的电流传感器的传感器灵敏度之后开始充电的控制。
发明效果
根据本发明,因为在调查了充电装置的电流传感器和车辆的电流传感器的灵敏度是否一致之后开始充电,所以在充电时能够以正确的充电量来进行充电,能够减少对蓄电池过充电的风险,安全且有效地利用蓄电池的性能,从而能够延长蓄电池寿命。而且,根据本发明,由于车辆的电流传感器在每次充电时都检查电流检测的灵敏度,因而精度始终被确保为良好,不仅充电时而且在放电时的电流检测精度也良好,能够减少过放电的风险,关于放电、即电动汽车行驶时,也能够安全且有效地利用蓄电池的性能,从而能够延长蓄电池寿命。即、根据本发明,为了同时实现电动汽车更加安全的利用和蓄电池的本来能力的充分利用,能够更高精度地进行充电。
具体实施方式
在本发明中,在开始充电之前,首先确认车辆的电流传感器以及充电装置的电流传感器的传感器灵敏度(确认灵敏度是否一致),在确认之后才开始充电。即、从充电装置侧开始流动某规定的值(期望什么等级的电流)的传感器灵敏度确认用电流,由车辆侧的电流传感器测定该电流,并在确认出该测定值相对于规定值而处于容许范围内之后开始充电。在该情况下,关于车辆的电流传感器以及充电装置的电流传感器的传感器灵敏度是否一致,也可在车辆侧测定并判断传感器灵敏度确认用电流,也可在车辆侧测定传感器灵敏度确认用电流,然后将该测定值通知给充电装置侧而在充电装置侧进行判断。
在由车辆侧的电流传感器测定出的测定值相对于规定值而没有处于容许范围内的情况下(超过容许范围的情况下),考虑进行如下处理。
(A)由于不明确哪处的电流传感器发生错误,因而不开始充电,并将灵敏度不一致的意思通知(例如,由显示器进行显示,或者用声音进行警告)给用户(车辆侧)。在该情况下,具体而言也可在车辆侧显示超过容许范围何种程度的误差的值,并将是否开始充电的判断委托给用户(User)。
(B)为了避免过充电而按灵敏度高的一方(电流值大的一方)的电流值来开始充电。尤其是,在针对过充电较为危险的Li离子二次电池等作为蓄电池来搭载的车辆进行充电时,因为按灵敏度高的一方的电流值进行充电较为安全(能防止过充电),所以优选按灵敏度高的一方的电流值进行充电。
(C)为了避免付费的用户的亏损,而多按灵敏度低的一方(电流值小的一方)的电流值进行充电。在铅蓄电池等、即便过充电也几乎不会产生问题的蓄电池的情况下,优选进行这种处置。
(D)在充电装置侧的电流值大(高灵敏度)的情况下,由于漏电或偷电的可能性高,因而不开始充电,与(A)同样地期望向用户通知存在漏电或偷电的可能性。
(E)在充电装置侧的电流值小(低灵敏度)的情况下,由于基本上不明确哪处的电流传感器发生错误,因而期望遵从(A)或(B)。
在本发明中,在调查了充电装置的电流传感器和车辆的电流传感器的灵敏度是否一致之后开始充电。如果充电装置的电流传感器和车辆的电流传感器的灵敏度一致,则能够以正确的充电量来进行充电,所以可谋求蓄电池寿命的提高。另外,在车辆侧的电流传感器的电流值低(表观上灵敏度低)的情况下,也存在漏电的可能性,因而通过进行适当警告由此能够检测漏电、检测车辆侧的电流传感器的异常。而且,还能防止偷电等不正当行为。
以下,参照附图,对本发明的实施方式进行详细地说明。
图1是表示本发明的实施方式涉及的蓄电池充电系统的图,图2是表示图1所示的蓄电池充电系统的构成的图。
本蓄电池充电系统如图1所示是从充电器2向车辆1的蓄电池供给电力以进行充电的系统。在该情况下,电力供给是经由车辆1以及充电器2的电流线(电力接口)而进行的。电流线彼此之间例如如图1所示那样构成为:车辆1的连接器1a和充电器2的连接器2a以连接器结合的方式进行连接。此外,该电流线配置有在车辆1与充电器2之间的通信中所用的信号线(电力接口),由电流线和信号线构成了电力接口(Interface)。另外,也可以构成为:应用电力线通信(PLC:Power Line Communication)的技术,作为电力接口而使电流线兼作信号线。
车辆1是从充电器2向蓄电池供给电力以进行充电的蓄电池充电系统所对应的车辆(蓄电器)。车辆1主要由下述部件构成:作为主控制单元的引擎控制单元(ECU)11;经由电力接口的信号线而在与充电器2之间进行信号的收发的通信部12;安装于电力接口的电流线用来测定在电流线中流动的电流的电流传感器13;经由电流线接受电力的蓄电池14;以及对与充电器2之间的连接进行检测的连接检测部15。
ECU11监视蓄电池14的充电状态。另外,ECU11在由连接检测部15检测出与充电器2之间已连接时,在与充电器2之间进行在确认了电流传感器13以及充电器2的电流传感器23的传感器灵敏度之后开始充电的控制。ECU11将由电流传感器13测定出的灵敏度确认电流的测定值和规定值进行比较,并判断该差值是否处于容许范围内(灵敏度是否一致)。并且,基于该判断结果,将许可充电的控制信号发送给充电器2。由此,来自充电器2的充电被开始。另外,ECU11基于所述判断结果来进行上述(A)~(E)那样的控制。在该情况下,在向车辆的用户进行警告时,由显示器(Display)(未图示)进行显示,或者用响声或声音进行警告。
通信部12根据ECU11的控制,经由电力接口的信号线而与充电器2之间进行信号的收发。例如,若车辆和充电器的连接器(Connector)被结合,则从充电器侧接收动作开始信号,另一方面向充电器2发送灵敏度确认开始信号(对灵敏度确认用的电流的通电进行许可的信号)、充电许可信号(对充电用的通电进行许可的信号)、充电条件指令信息(蓄电池的种类、充电电流、充电电压、充电时间、将这些组合起来的充电曲线(Profile)等充电条件的信息)、充电禁止信号(用于使充电停止的信号)等。
电流传感器13测定向蓄电池14供给的电流、即测定在供给电力时对电流线接通的电流。另外,电流传感器13测定在灵敏度确认时对电流线接通的电流。电流传感器13将测定出的电流值(测定值)输出至ECU11。作为电流传感器13,例如有磁平衡式电流传感器或磁比例式电流传感器。另外,作为在这些电流传感器中所用的磁检测元件,能够使用磁阻效应元件或霍尔元件(Hall element)等。使用这种电流传感器13来测量并累计蓄电池的充放电的电流,由此能够进行蓄电池的剩余量管理。电流传感器13为了正确地测定蓄电池14的充放电电流,优选在蓄电池14的跟前进行测定,也可以内置于蓄电池14中。
作为蓄电池14,举出Li离子电池、NiMH电池、铅蓄电池等能进行充放电的蓄电池。
连接检测部15检测与充电器2之间的连接。连接检测部15例如检测连接器1a和充电器2的连接器2a已连接器结合(也存在感应耦合、静电耦合的情况)这一情况,并将该情况的控制信号输出至ECU11。
充电器2是向车辆1的蓄电池14供给电力以进行充电的蓄电池充电系统的充电器。充电器2主要由下述部件构成:作为主控制单元的控制部21;经由电力接口的信号线而在与车辆1之间进行信号的收发的通信部22;安装于电力接口的电流线用来测定在电流线中流动的电流的电流传感器23;经由电流线向车辆1的蓄电池14供给电力的电力供给部24;以及对与车辆1之间的连接进行检测的连接检测部25。
控制部21控制电力供给部24的电力供给。另外,控制部21在由连接检测部25检测出已与车辆1之间连接时在与车辆1之间进行在确认了电流传感器23以及车辆1的电流传感器13的传感器灵敏度之后开始充电的控制。在充电器2向车辆1通知许可充电的情况下,控制部21将灵敏度确认电流的测定值和规定值进行比较,并判断该差值是否处于容许范围内(灵敏度是否一致)。在该情况下,灵敏度确认电流的测定值是由车辆1的电流传感器13测定出的值,且从车辆1向充电器2发送该值。然后,基于该判断结果,从充电器2的电力供给部24向车辆1的蓄电池14供给电力(开始充电)。
通信部22根据控制部21的控制,经由电力接口的信号线而与车辆1之间进行信号的收发。例如,在电流传感器的灵敏度确认过程中,将动作开始信号(在确认出连接器已结合的基础上请求动作开始的信号)发送至车辆1,并从车辆1接收灵敏度确认开始信号(对灵敏度确认用的电流的通电进行许可的信号)、充电许可信号(对充电用的通电进行许可的信号)、充电条件指令信息(蓄电池的种类、充电电流、充电电压、充电时间、将这些组合起来的充电曲线等充电条件的信息)、充电禁止信号(用于使充电停止的信号)等。
电流传感器23测定向车辆供给的电流、即测定在从电力供给部24向车辆1的蓄电池14供给电力时对电流线接通的电流。电流传感器23将测定出的电流值(测定值)输出至控制部21。作为电流传感器23,例如有分流(Shunt)电阻、磁平衡式电流传感器或磁比例式电流传感器。另外,作为在这些电流传感器中所用的磁检测元件,能够使用磁阻效应元件或霍尔元件等。此外,电流传感器23特别设置在连接器2a的跟前,从而能够更正确地测量从充电器2向车辆1供给的电流。
电力供给部24经由电流线而向车辆1的蓄电池14供给电力。在该情况下,电力的供给被控制部21控制。在本发明中,电力供给部24针对车辆1而向车辆1的蓄电池14供给传感器灵敏度确认用电流,并且在车辆1中测定出的灵敏度确认用电流的测定值相对于规定值而处于特定的范围内时,将充电用的电力供给至车辆1的蓄电池14。此外,传感器灵敏度确认用电流只要用至少一个级别(电流值)进行供给即可,可以用一个级别供给,也可以用多个不同的级别进行供给。
电力供给部24优选具备蓄电器。电力供给部24具有蓄电功能,由此可以预先用廉价的夜间电压来积蓄充电量的电力。这样,通过预先积蓄夜间电力,从而即便在白天进行充电也能够将电力成本抑制得较低。另外,通过预先积蓄车辆1的蓄电池14的充电所需的电力,从而也可一气进行充电,能够进行快速充电。在没有积蓄电力的情况下,由于一边进行AC-DC转换或升压等处理一边同时进行充电,因而无法达到该处理能力以上的充电速度,故在进行快速充电的情况下需要处理能力高的AC-DC转换器或升压器,从而成为非常昂贵的充电系统。此外,电力供给部24中的蓄电和电力供给(放电)的控制由控制部21进行。
连接检测部25对与车辆1之间的连接进行检测。连接检测部25例如检测连接器2a和车辆1的连接器1a已连接器结合这一情况,并将该情况的控制信号输出至控制部21。然后,控制部21经由信号线向车辆1发送规定的信号(动作开始信号)。由此,在与车辆1之间开始进行灵敏度确认的控制。
其次,对具有上述构成的蓄电池充电系统中的蓄电池充电方法进行说明。
在本发明的蓄电池充电方法中,在充电器2与车辆1之间,在确认了充电器2的电流传感器23以及车辆1的电流传感器13的传感器灵敏度之后开始充电。在此,传感器灵敏度的确认是指两个电流传感器13、23的灵敏度是否一致的确认、即是指从充电器2侧流过某规定值的传感器灵敏度确认用电流,由车辆1侧的电流传感器13测定该电流,该测定值相对于规定值而处于容许范围内的这一确认。
图3是用于对本发明的实施方式涉及的蓄电池充电方法进行说明的时序图。
首先,在充电器2中,在检测出车辆1的连接器1a和充电器2的连接器2a已连接器结合(包括感应耦合、静电耦合)时,控制部21指示通信部22使得经由信号线从充电器2向车辆1发送动作开始信号(ST11)。
其次,在接收了动作开始信号的车辆1中,ECU11指示通信部12使其向充电器2发送第一灵敏度确认开始信号(ST12)。然后,在接收了第一灵敏度确认开始信号的充电器2中,控制部21指示:从电力供给部24向车辆1的蓄电池14接通规定的值(例如,0.5A)的第一灵敏度确认电流(ST13)。此时,在车辆1中,由电流传感器13测定被接通的第一灵敏度确认电流。该测定结果(测定值)被输出至ECU11。在ECU11中,判断测定值是否处于规定的范围内(测定值与规定值的差值是否处于规定的范围内)。并且,如果测定值在规定范围内,则ECU11指示通信部12使得向充电器2发送第二灵敏度确认开始信号(ST14)。另一方面,如果测定值不在规定范围内(如果测定值超过规定范围),则ECU11进行上述(A)~(E)那样的控制。
在接收了第二灵敏度确认开始信号的充电器2中,控制部21指示:从电力供给部24向车辆1的蓄电池14接通规定的值(例如,10A)的第二灵敏度确认电流(ST15)。此时,在车辆1中,由电流传感器13测定被接通的第二灵敏度确认电流。该测定结果(测定值)被输出至ECU11。在ECU11中,判断测定值是否处于规定的范围内(测定值与规定值的差值是否处于规定的范围内)。并且,如果测定值在规定范围内,则ECU11指示通信部12使其向充电器2发送充电许可信号以及充电条件指令信息(ST16)。另一方面,如果测定值不在规定范围内(如果测定值超过规定范围),则ECU11进行上述(A)~(E)那样的控制。
其次,在接收了充电许可信号以及充电条件指令信息的充电器2中,控制部21按充电条件指令信息而指示从电力供给部24向车辆1的蓄电池14充电(ST17)。因为车辆1的ECU11监视着蓄电池14的充电状态,所以在蓄电池14的充电状态变为FULL时、或直到规定值完成了充电时,ECU11指示通信部12使其向充电器2发送充电禁止信号(ST18)。这样一来,完成了充电。
如此,根据本发明的蓄电池充电方法,因为在调查了充电器2的电流传感器23和车辆1的电流传感器13的灵敏度是否一致之后开始充电,所以在充电时能够以正确的充电量来进行充电,从而能够延长蓄电池寿命。即、根据本发明的蓄电池充电方法,为了同时实现电动汽车更为安全的利用和蓄电池的本来能力的充分利用,能够更高精度地进行充电。
本发明并不限定于上述实施方式,能够进行各种变更并实施。在上述实施方式的时序(Sequence)说明中,关于车辆1的电流传感器13以及充电器2的电流传感器23的传感器灵敏度是否一致,而说明了在车辆侧测定并判断传感器灵敏度确认用电流的情况,但是在本发明中,关于车辆1的电流传感器13以及充电器2的电流传感器23的传感器灵敏度是否一致,也可在车辆侧测定传感器灵敏度确认用电流,将该测定值通知给充电器侧而在充电器侧进行判断。除此之外,本发明在不脱离本发明范围的情况下能够适当变更并实施。
产业上的可利用性
本发明可以适用于电动汽车或混合动力车的蓄电池充电系统以及蓄电池充电方法。
本申请基于2010年7月12日提出的日本特愿2010-157981。该内容全部包含于此。