CN103430035B - 充电设备和导通状态判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明的充电设备配备有：连接器(10)，其具有能够与充电对象电气连接的连接端子(11)；电力线(2)，其电气连接至所述连接端子(11)；充电器(1)，其连接至所述电力线(2)，并且对所述充电对象进行充电；保持部，其保持所述连接器(10)；以及判断部件，用于判断所述电力线(2)和所述连接端子(11)之间的导通状态。所述保持部具有导通部件，所述导通部件用于使所述连接端子(11)导通。

Description

充电设备和导通状态判断方法

技术领域

本发明涉及一种充电设备和导通状态判断方法。

本申请要求基于2011年1月18日提交的日本专利申请2011-7577的优先权，其中针对通过引用而识别为包含的指定国，其内容通过引用包含于此。

背景技术

已知有如下线缆连接诊断装置(专利文献1)，其中该线缆连接诊断装置配备有：阻抗测量部件，用于测量连接至连接对象的线缆的信号线之间的阻抗值；比较部件，用于将该阻抗测量部件测量到的阻抗值与阈值进行比较；通知部件，用于通知比较结果；以及电源，用于驱动这些部件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-333674

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上述线缆连接诊断装置中，为了诊断连接至连接对象的线缆的故障，采用包括电源的诊断用装置。产生的问题如下：例如，在诊断针对大电流应用的线缆的故障的情况下，必须将用于输出大电流的电源与诊断所用的电源分开准备。

本发明意图解决的问题是提供一种充电设备和导通状态判断方法，由此可以在无需采用故障诊断所用的电源的情况下判断连接器和电力线的导通状态。

用于解决问题的方案

本发明通过具有以下部件来解决上述问题：判断部件，用于判断电力线和连接端子中的导通状态；以及导通部件，用于使连接端子导通。

发明的效果

根据本发明，连接器被设计成在使该连接器返回至保持部的情况下采用充电设备自身的电力来导电，并且判断连接器的导通状态，由此可以在无需采用故障诊断所用的电源的情况下判断连接器和电力线的导通状态。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的充电设备的框图。

图2是示出图1的充电设备连接至车辆的状态的框图。

图3是示出图1的充电设备中的电容器的检测电压相对于放电时间的特性的图。

图4是示出图1的充电设备中的电容器的检测电压相对于放电时间的特性的图。

图5是示出图1的控制器中所存储的表的图。

图6是示出图1的充电设备的控制过程的流程图。

具体实施方式

以下基于附图来说明本发明的实施例。

第一实施例

图1是示出根据本发明实施例的充电设备的框图。图2是示出本示例的充电设备和利用该充电设备进行充电的车辆的框图。本示例的充电设备用于对诸如电动汽车等的车辆进行充电，但本发明还适用于对除配备有二次电池的车辆以外的系统进行充电的充电设备。

如图1所示，本示例的充电设备100配备有充电器1、电力线2、电容器3、电压传感器4、控制器5、继电器开关6、连接器10和连接器用保持件20。充电器1是用于对后面所述的车辆中所包含的二次电池进行充电的充电器，并且经由电力线2向这些二次电池输出DC(直流)电力。电力线2是强电所用的电力线，其中这些电力线连接至充电器1。电容器3是为了使从充电器1输出的DC电力平滑化所设置的，并且连接在电力线2之间。

电压传感器4是用于检测电容器3的电压的传感器，并且连接至电力线2。电压传感器4基于来自控制器5的控制信号来按预定的采样周期检测电容器3的电压。继电器开关6是用于切换由电容器3、(以下所述的)电阻器22以及使电容器3和配线21电气连接的信号线构成的电路的接通和断开的开关，并且连接在使电容器3和电阻器22电气连接的电力线2的中途。

控制器5是充电设备100的整体控制所用的控制部，并且控制充电器1、电压传感器4、继电器开关6和保持件开关23。以下论述本示例中的控制器5所进行的控制的示例。

电力线2的一端连接至连接端子11，其中连接端子11是针对连接器10所设置的。连接器10是充电设备100的供电所用的连接器，并且插入针对车辆所设置的充电口30(参见图2)。在不进行充电的情况下，连接器10被连接器用保持件20保持。保持件20设置有在连接端子之间导通的电阻器22和配线21。电阻器22连接至配线21。在连接器10被保持件20保持的情况下，连接端子11连接至配线21的一端，由此在连接端子11之间经由配线21和电阻器22产生电气导通。这里省略了针对连接端子11与配线21的连接部分的说明，但例如连接端子可以是三相输出端子，并且配线21的末端部分是该三相输出端子的插入口。

保持件20设置有保持件开关23。保持件开关23是用于检测连接器10是否被保持件20牢固地保持的开关。在连接器10插入并被保持件20保持在预定位置的情况下，保持件开关23变为接通，并且检测到保持件20处于保持状态。

接着，将使用图2来说明对车辆进行充电时的本示例的充电设备100的使用。车辆300配备有充电口30和电池31。充电口30具有连接至连接端子11的端子(未示出)。这些端子经由配线等电气连接至电池31。电池31是车辆所用的动力源，并且由多个二次电池构成。在连接器10连接至充电口30的情况下，连接端子11和电池31电气连接。用户将连接器10从保持件20移除并且插入充电口30。

接着，将采用图1和2来说明本示例中控制器5所进行的控制的示例。在充电时，将连接器10从保持件20移除，从而解除连接端子21和电池31之间的电气连接。然后，如图2所示，将连接器10插入充电口30，从而完成充电的准备。基于来自用户的充电命令，控制器5接通继电器开关6。一旦继电器开关6接通，在充电器1和电池31之间电气导通。控制器5验证充电器1和电池31之间的导通状态以及诸如剩余容量等的电池31的状态等，并且控制充电器1以对电池31进行充电。在从充电器1向电池31供给电力时，电荷蓄积在电容器3中，并且电容器3的电压上升为与额定容量相对应的电压。一旦电池31被充电为期望容量，控制器5终止充电，并且断开继电器开关6。然后，将连接器10从充电口30移除。此时，维持蓄积在电容器3中的电荷。

使连接器10返回至其在保持件20中的原始位置。在保持件20保持连接器10的情况下，使保持件开关23工作。控制器5接收到来自保持件开关23的检测信号以验证连接器10被保持件20保持。控制器5经由电压传感器4检测电容器3的电压。控制器5检测在充电之后连接器10被保持件20保持的情况下的电容器3的电压。

然后，控制器5接通继电器开关6，从而使蓄积在电容器3中的电荷放电。在使电荷放电期间，控制器5控制电压传感器4并根据预定的采样周期检测电容器3的电压，并且基于电压传感器4检测到的电压来管理电容器3的放电状态。

这里，采用图3根据检测电压相对于放电时间的变化来说明电容器3的放电状态，同时详细论述电力线2和连接器10的连接端子11的导通状态。图3是示出电容器3的检测电压相对于放电时间的特性的图。曲线图a示出电力线2和连接端子11这两者都处于正常状态的情况下的特性；曲线图b示出在连接端子11的连接部分中发生接触不良的状态下观察到的特性；并且曲线图c示出在电力线2上发生断线故障的状态下观察到的特性。

在电力线2和连接端子11这两者都处于正常状态并且从电容器3到电阻器22存在电气导通的情况下，当继电器开关6接通时，电容器3的电荷被电阻器22消耗并且逐渐放电。因此，电容器3的检测电压由于电容器3的电荷的放电而逐渐下降。在放电结束的时间点处，电容器3的检测电压变为零。

在由于连接端子11随时间劣化等因素而导致在连接端子11和配线21之间的连接部分中产生接触不良的情况下，与电力线2和连接端子11这两者都处于正常状态的情况相比，电容器3的放电速度变缓慢。因此，通过将放电开始时电容器3的电压设置为同一条件，如图3的曲线图b所示，在连接端子11和配线21之间的连接部分中产生接触不良的情况下电容器3的放电时间将长于正常情况下的放电时间。

在电力线2上发生了断线故障的情况下，即使在继电器开关6接通的情况下也基本不进行电容器3的放电，并且如图3的曲线图c所示，电容器3的检测电压无显著变化。

具体地，在充电之后连接器10被保持件20保持、并且使电容器3的电荷放电的情况下，电容器3的电荷的放电状态根据电力线2和连接端子11的导通状态而改变。该放电状态可以根据放电期间电容器3的检测电压来确定。

在本示例中，预先设置了断线检测时间和劣化判断时间的控制器5接通继电器开关6从而使电容器3放电，并且根据放电之前电压传感器4的检测电压来设置该劣化判断时间。

断线检测时间是为了检测电力线2的断线故障所设置的时间。如图3所示，在电力线2上的连接断开的情况下，基本不进行电容器3的放电。因此，将该断线检测时间设置为超时时间。

劣化判断时间等于在电力线2和连接端子11这两者都处于正常状态的情况下电容器3的放电时间、或者等于比该放电时间略长的时间，并且构成用于判断连接端子11的连接状态的时间。在从放电开始起直到电容器3的电压达到零为止的时间长于劣化判断时间的情况下，判断为在连接端子11的连接部分中产生了接触不良。充电之后蓄积在电容器3中的电荷量是由电容器3的容量确定的。放电时间是由连接至电容器3的、放电所经由的电路确定的。由于预先设置了电容器3的容量和电阻器22的阻抗值等，因此还可以预先设置电容器3的电压达到零所需的放电时间。因此，劣化判断时间也可以是在设计阶段预先设置的。

这里采用图4来说明电容器3的自放电。图4是示出电容器3的检测电压相对于时间的特性的图。图4中的曲线图a示出在时间(s₁)的时间点处继电器开关6接通的情况下观察到的特性。曲线图b示出在时间(s₂)的时间点处继电器开关6接通的情况下观察到的特性。时间(s₂)是时间(s₁)之后的时间。各特性具有在继电器开关6变为接通之前电容器3的电压作为基点，其中这些电压是相同电压。

在从充电完成的时刻起直到继电器开关6接通为止期间，使电容器3的电荷自放电。因此，如图4所示，即使在充电完成时电容器3的电压为相同给定电压的情况下，与自放电相关联的电容器3的下降电压也根据继电器开关6接通的时刻而不同。因此，如由曲线图a所示，在从充电完成之后将连接器10保持在保持件20中起直到继电器开关6接通为止的时间(s₁)短的情况下，继电器开关6接通时的检测电压(V₁)高，并且从继电器开关6接通起电容器3的电压变为零所用的放电时间(T₁)长。另一方面，如由曲线图b所示，在与曲线图a的情况相比、从充电完成之后将连接器10保持在保持件20中起直到继电器开关6接通为止的时间(s₂)较长的情况下，自放电时间也较长，因此继电器开关6接通时的检测电压(V₂)低于检测电压(V₁)，并且从继电器开关6接通起电容器3的电压变为零所用的放电时间(T₂)短于放电时间(T₁)。

将图5所示的表预先存储在控制器5中，并且基于继电器开关6接通之前的电容器3的检测电压，控制器5查找该表并且设置劣化判断时间。图5是示出电容器3的电压和劣化判断时间之间的对应关系的表。

如图4所示，放电时间根据在继电器开关6接通从而使电容器3放电时的电容器3的电压而不同。因此，如图5所示，在本示例中，预先将放电开始时的电容器3的电压分割成多个电压范围，并且向这些多个电压范围各自分配劣化判断时间。在放电开始时的电容器3的电压高的情况下，电容器3的电压变为零所需的放电时间较长，因此向高电压的电压范围分配较长的劣化判断时间。

例如，在充电之后紧挨继电器开关6接通之前的电容器3的检测电压为415(V)的情况下，控制器5参考图5的表，并且将劣化判断时间设置为与包括检测电压415(V)的电压范围(420-411(V))相对应的放电时间3000(ms)。

以继电器开关6接通的时间点作为基点，控制器5测量放电时间，并且将测量到的放电时间分别与劣化判断时间和断线检测时间进行比较。在电容器3的电压变为零所用的放电时间等于或小于劣化判断时间的情况下，控制器5判断为放电正常进行，并且电力线2和连接端子11之间的导通状态正常。另一方面，在测量到的放电时间长于劣化判断时间的情况下，控制器5判断为由于放电无法正常进行因此放电需要较长时间，并且连接端子11的连接状态异常。在连接端子11的连接状态产生异常的情况下，控制器5例如可以利用针对充电设备100所设置的警告灯(未示出)来提示显示以向用户警告该异常状况。

此外，在从接通继电器开关6到电容器3的检测电压变为零之前的放电时间长于断线检测时间的情况下，控制器5判断为在电力线2上产生断线故障。在产生了断线故障的情况下，控制器5例如可以利用针对充电设备100所设置的警告灯(未示出)来提示显示以向用户警告该异常状况。

接着，将采用图6来说明本示例的控制过程。图6是示出本示例的充电设备100的控制过程的流程图。

如图6所示，在步骤S1中，充电完成并且连接器10被保持件20保持。在步骤S2中，保持件开关23检测到连接器10的保持并且接通，从而将表示连接器10的保持的信号发送至控制器5。在接收到该信号的情况下，控制器5判断为连接器10被保持件20保持，并且进入步骤S3。另一方面，在没有接收到该信号的情况下，控制器5返回至步骤S2。

在步骤S3中，控制器5控制电压传感器4以按预定的采样周期检测电容器3的电压。在步骤S4中，控制器5在图5所示的表中进行查找，并且将与步骤S3中的检测电压相对应的放电时间设置作为劣化判断时间。在步骤S5中，控制器5接通继电器开关6，从而使电容器3放电。控制器5还测量从接通继电器开关起的放电时间。在步骤S6中，控制器5将测量到的放电时间与断线检测时间进行比较，并且在测量到的放电时间长于断线检测时间的情况下，进入步骤S61。在步骤S61中，控制器5判断为在电力线2上产生了断线故障，点亮显示灯等(未示出)以警告该断线故障，并且进入步骤S9。

另一方面，在测量到的放电时间等于或小于断线检测时间的情况下，控制器5进入步骤S7。在步骤S7中，控制器5判断电容器3的检测电压是否达到零。在电容器3的检测电压达到零的情况下，控制器5测量电容器3的检测电压达到零所需的放电时间，并且进入步骤S8。在电容器3的检测电压不为零的情况下，控制器5返回至步骤S6。具体地，通过步骤S6和步骤S7中的比较判断的循环控制，在电容器3的检测电压没有达到零、并且放电时间超过了断线检测时间的情况下，控制器5可以判断为在电力线2上发生了断线故障。

在步骤S8中，控制器5将电容器3的检测电压达到零所需的放电时间与劣化判断时间进行比较。在该放电时间等于或小于劣化判断时间的情况下，控制器5判断为电力线2和连接端子11的导通状态正常，并且进入步骤S9。在该放电时间长于劣化判断时间的情况下，控制器5判断为电容器3的放电无法充分进行并且由于连接端子11的劣化而发生了故障，点亮显示灯(未示出)等以警告该劣化故障，并且进入步骤S9。

然后，在步骤S9中，控制器5断开继电器开关5，并且本示例的控制处理终止。

在上述本示例中，一旦连接器10保持在保持件20中，使电力线2和连接端子11传导来自充电设备100的电力，并且判断这两者为导通状态。如此，可以在无需采用故障诊断所用的单独电源的情况下检测到电力线2和连接端子11的缺陷。

在本示例的充电设备100中，一旦连接器10保持在保持件20中，蓄积在电容器3中的电荷经由电力线2和连接端子11被放电，并且基于该放电状态来判断电力线2和连接端子11的导通状态。在产生了电力线2上的断线或者由于连接端子11的劣化所引起的接触不良的情况下，电容器3的放电状态受到影响。由于该原因，在本示例中，可以通过检测放电状态来检测电力线2和连接端子11上的缺陷。此外，在本示例中，由于利用电容器3的电荷来判断是否存在连接缺陷，因此可以省略用于检测电力线2和连接端子11上的缺陷的电源。此外，在本示例中，由于伴随着检测电力线2和连接端子11上的导通状态、可以使电容器3的电荷放电，因此可以防止电荷长期蓄积在电容器3中，并且可以提供安全性高的系统。

此外，在本示例中，将作为放电阈值时间所设置的劣化判断时间与放电时间进行比较，并且在放电时间长于劣化判断时间的情况下，判断为在电力线2和连接端子11中的导通状态产生了缺陷。如此，可以根据来自电容器3的电荷的放电状态来判断由于连接端子11的劣化所引起的接触不良或者电力线2上的断线缺陷，结果可以省略用于检测电力线2和连接端子11的导通状态的缺陷的电源。连接端子11是重复进行与车辆的充电口30等的连接的位置，并且存在由于劣化而产生接触不良的风险。此外，在从连接器10引出的电力线2具有挠性的情况下，在重复充电期间频繁地向与具有挠性的部分相对应的电力线2施加压力，这造成电力线2发生断线的风险。在本示例中，可以根据电容器3的放电状况来检测劣化引起的缺陷或者电力线2的断线缺陷，并且可以提供使用性良好的充电系统。

此外，在本示例中，根据在电容器3的电荷的放电之前检测到的电容器3的检测电压来设置劣化判断时间。电容器3的放电时间根据放电开始时的电容器3的检测电压而改变。在本示例中，根据放电开始时的电容器3的检测电压来设置阈值时间，因此可以将劣化判断时间设置成与放电开始时的电压差异相对应，并且可以提高能够对电力线2和连接端子11中的导通状态进行判断的精度。

此外，由于从充电完成起直到将连接器10保持在保持件20中为止的时间根据用户而不同，因此电容器3的自放电的持续时间也不同。因此，存在放电开始时的电容器3的电压根据状况而不同的情况。在本示例中，由于根据电容器3的检测电压来设置劣化判断时间，因此可以在保持与充电之后的连接器10的使用状况相对应的同时设置劣化判断时间，并且可以提高对电力线2和连接端子11中的导通状态进行判断的精度。

此外，在本示例中，保持件20设置有保持件开关23，并且在利用保持件开关23检测到连接器10的保持的情况下，进行电容器3的放电。在连接器10没有被保持件20完全保持的状态下、继电器开关6接通以使电容器3放电的情况下，在连接端子11的连接部分中没有电导通，因此产生控制器5将误检测到电力线2的断线缺陷的可能性。在本示例中，由于在验证连接器10被保持件20完全保持之后检测到电力线2和连接端子11的导通状态的缺陷，因此可以防止上述这种误检测。

此外，在上述示例中，在电力线2和连接端子11正常的情况下，控制器5可以将电容器3的放电时间设置为放电阈值时间，并且可以根据该阈值时间和放电时间之间的时间差来判断连接端子11的劣化状态。具体地，在电力线2和连接端子11正常的情况下，该阈值时间和放电时间之间的时间差将是落在误差范围内的小的时间差。在产生了连接端子11的劣化缺陷的情况下，该阈值时间和放电时间之间的时间差将大。因此，在本示例中，可以根据阈值时间和放电时间之间的时间差来判断连接端子11的劣化状态。

在本示例中，控制器5测量放电时间，并且将该放电时间与阈值时间进行比较以检测电容器3的放电状态；然而，还可以根据电容器3的下降电压来检测电容器3的放电状态。如图3所示，电容器3的放电速度在电力线2和连接端子11这两者均正常的情况下最快，在连接端子11的连接部分中产生了接触不良的情况下第二快，并且在电力线2发生断线的情况下最慢。放电速度与每小时的电容器3的下降电压相对应。由于控制器5控制电压传感器4并且按预定的采样周期检测电容器3，因此将根据该检测电压来检测下降电压。控制器5还设置针对正常情况的阈值电压、以及针对电力线2的断线缺陷的检测的阈值电压或针对连接端子11的劣化缺陷的检测的阈值电压，将检测到的下降电压与这些阈值电压进行比较，并且根据比较结果来检测导通状态。

在本示例中，检测电力线2的断线缺陷和连接端子11的劣化缺陷这两者，但还可以检测电力线2的断线缺陷或连接端子11的劣化异常而不是这两者。

上述保持件20与本发明的“保持部”相对应，控制器5与“判断部件”相对应，劣化判断时间和断线检测时间与“放电阈值时间”相对应，电压传感器4与“电压检测部件”相对应，配线21和电阻器22与“导通部件”相对应，并且保持件开关23与“检测部”相对应。

附图标记说明

1…充电器

2…电力线

3…电容器

4…电压传感器

5…控制器

6…继电器开关

10…连接器

11…连接端子

20…保持件

21…配线

22…电阻器

23…保持件开关

30…充电口

31…电池

100…充电设备

300…车辆

Claims (10)

1.一种充电设备，包括：

连接器，其具有能够电气连接至充电对象的连接端子；

电力线，其电气连接至所述连接端子；

充电器，其连接至所述电力线，用于对所述充电对象进行充电；

保持部，用于在所述连接端子与所述充电对象的电气连接断开的情况下保持所述连接器；

判断部件，用于判断所述电力线和所述连接端子中的导通状态；以及

电容器，其连接至所述电力线，用于通过对所述充电对象进行充电的所述充电器来蓄积电荷，

其中，所述保持部具有导通部件，所述导通部件用于在所述连接端子与所述充电对象的电气连接断开的情况下使所述连接端子导通，

在所述连接器被所述保持部保持的情况下，所述判断部件基于所述电荷经由所述电力线、所述连接端子和所述导通部件被放电的放电状态来判断所述导通状态。

2.根据权利要求1所述的充电设备，其中，还包括电压检测部件，所述电压检测部件用于检测所述电容器的电压，

其中，所述判断部件基于所述电压检测部件检测到的电压来判断所述放电状态。

3.根据权利要求2所述的充电设备，其中，

所述判断部件还进行以下操作：

基于所述检测到的电压来计算所述电容器的放电时间，以及

基于所述放电时间来判断所述放电状态。

4.根据权利要求3所述的充电设备，其中，

所述判断部件还进行以下操作：

将所述放电时间与所述导通状态正常情况下的放电阈值时间进行比较，以及

在所述放电时间长于所述放电阈值时间的情况下，判断为所述导通状态发生异常。

5.根据权利要求3所述的充电设备，其中，

所述判断部件还进行以下操作：

将所述放电时间与所述导通状态正常情况下的放电阈值时间进行比较，以及

根据所述放电时间和所述放电阈值时间之间的时间差来判断所述连接端子的劣化状态。

6.根据权利要求4或5所述的充电设备，其中，

所述判断部件还进行以下操作：

根据所述电容器的放电之前所述电压检测部件检测到的电压来设置所述放电阈值时间，以及

根据将所述放电时间和所述放电阈值时间进行比较的结果来判断所述导通状态。

7.根据权利要求2所述的充电设备，其中，

所述判断部件还进行以下操作：

基于所述检测到的电压来计算由于所述电容器的放电而产生的下降电压，以及

基于所述下降电压来检测所述放电状态。

8.根据权利要求1所述的充电设备，其中，

所述保持部具有检测部，所述检测部用于检测是否保持了所述连接器，以及

在所述检测部检测到保持了所述连接器的情况下，所述电容器使所述电荷放电。

9.根据权利要求1所述的充电设备，其中，

所述导通部件具有电阻器，所述电阻器用于消耗所述电容器的电荷。

10.一种导通状态判断方法，包括：

用于使连接器的连接端子电气连接至充电对象的步骤；

充电步骤，用于经由电气连接至所述连接端子的电力线对所述充电对象进行充电，并且在连接至所述电力线的电容器中蓄积电荷；

所述充电步骤之后的连接步骤，用于使所述连接端子和所述充电对象电气断开，使所述连接器被保持部保持，并且使所述电力线、所述电容器、所述连接端子和所述保持部中所包括的导通部件电气连接；

所述连接步骤之后的放电步骤，用于使由于所述充电步骤而蓄积在所述电容器中的电荷放电；以及

用于基于所述放电步骤期间的所述电容器的放电状态来判断所述电力线和所述连接端子中的导通状态的步骤。