CN103814498A - 电动汽车用的充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电装置，该充电装置对车载电池充电，能够取得外部电源的可供给电力来决定充电开始时刻并直到通过定时器所设定的充电结束时刻为止结束充电。充电装置10具备：AC/DC转换器13，其将外部电源93供给的交流电力变换为直流电力；交流继电器8b（AC继电器），其将外部电源93与AC/DC转换器13连接或者切断；直流继电器31（DC继电器），其将AC/DC转换器13与电池4连接或者切断；定时器；以及控制器18。用户通过定时器9来设定充电结束时刻。在设定了充电结束时刻之后，控制器18使交流继电器8b闭合来确定外部电源93的可供给电力。接着，控制器18根据所确定的可供给电力和充电结束时刻来决定充电开始时刻。控制器18在所决定的充电开始时刻再起动，开始充电。

Description

电动汽车用的充电装置

技术领域

本发明涉及使用外部电源对车载电池进行充电的技术。尤其涉及对车轮驱动马达用的高输出大容量电池进行充电的装置。本说明书中的“电动汽车”也包括具备车轮驱动用的马达和发动机的混合动力车。进一步，“电动汽车”还包括燃料电池车。

背景技术

为了实现用户的便利性，有时车载电池的充电装置具备定时器。用户将电动汽车与外部电源连接，并设置定时器。在所设置的时刻到来时充电装置起动。

在专利文献1中公开了与具有定时器的充电装置相关的一种改良技术。在专利文献1中公开了着眼于有时在夜间进行充电而降低充电期间的冷却风扇、水泵的噪音的技术。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2010-246320号公报

发明内容

本说明书提供一种与具有定时器的充电装置相关的其他改良技术。用户使用定时器来设定充电结束时刻。充电装置需要根据充电结束时刻算出充电开始时刻。在外部电源的可供给电力已知的情况下，能够根据已知的可供给电力和充电结束时刻来决定充电开始时刻。然而，例如，充电装置的销售地域范围广，有时商用电力（外部电源）的可供给电力会根据地域而不同。即，有时充电装置会无法预先确定可供给电力。若可供给电力未知，则充电装置无法决定充电开始时刻。本说明书提供一种充电装置和充电方法，能够取得外部电源的可供给电力而决定充电开始时刻，并能够直到通过定时器设定的充电结束时刻为止结束充电。

通常，充电装置具备：AC/DC转换器，其将外部电源所供给的交流电力变换为直流电力；交流继电器（AC继电器），其将外部电源与AC/DC转换器连接或者切断；直流继电器（DC继电器），其将AC/DC转换器与电池连接或者切断；定时器以及控制器。此外，“交流继电器”与“直流继电器”在构造上没有不同。在本说明书中，为了对两个继电器进行区别而使用“交流继电器”和“直流继电器”这样的用语。

如上所述，定时器用来设定充电结束时刻。控制器基于定时器的设定来控制交流继电器和直流继电器。此外，交流继电器和直流继电器最初均断开。即，在充电开始之前，外部电源与AC/DC转换器不连接，AC/DC转换器与电池也不连接。在本说明书所公开的充电装置中，在设定了充电结束时刻之后，控制器使交流继电器闭合来计测外部电源的供给电压，由此确定该外部电源的可供给电力。接着，控制器根据确定出的可供给电力和充电结束时刻来设定充电开始时刻。当充电开始时刻比当前时刻靠后时，控制器设置本身定时器并转变为睡眠模式，以在充电开始时刻再起动。然后，控制器在所决定的充电开始时刻再起动，使交流继电器和直流继电器闭合而开始充电。

通过使交流继电器闭合，即通过与外部电源连接，充电装置能够得知外部电源的输出电压。为了确定可供给电力，除了输出电压之外也需要得知可供给电流容量。外部电源的可供给电流容量例如能够使用由SAE（Society of Automotive Engineers：美国汽车工程师协会）的J1772（电动汽车的充电接口的规格）定义的导频信号来得知。在J1772中定义了连接在外部电源与充电装置（AC/DC转换器）之间的被称作EVSE（ElectricVehicle Supply Equipment：电动汽车供电设备）的设备。EVSE是具备了将外部电源可供给的电流容量向汽车传递的信号输出、在汽车离开时停止电力供给的联锁机构的设备。SAE-J1772规定了EVSE与电动汽车（充电装置）的通信协议，在通信线之一具有称作导频信号的信号。导频信号从EVSE向充电装置传递外部电源可供给的电流容量。换言之，导频信号表示外部电源可供给的电流容量。此外，传递导频信号的通信线被规定成能够进行双向通信，也能够从充电装置侧向EVSE指示电力供给开始。在该意义上，导频信号线被称作控制导频线。在外部电源的输出电压上乘以可供给电流容量而得到的功率相当于外部电源的可供给电力。

只要本说明书所公开的充电装置遵循SAE-J1772，就能够利用上述导频信号。只要能够得知外部电源的输出电压和可供给电流容量，就能够决定可供给电力（=输出电压×可供给电流容量）。

此外，在SAE-J1772中也定义了CCID（Charging Circuit InterruptDevice：充电电路中断设备）这一设备，该设备具备将外部电源与充电装置（AC/DC转换器）切断的交流继电器。CCID的交流继电器是本说明书所公开的充电装置应该具有的交流继电器的典型。

本说明书所公开的充电装置还具备以下优点。如上所述，在外部电源与电池之间连接有两个继电器（交流继电器和直流继电器）。上述充电装置在实际开始充电之前不使直流继电器闭合。本说明书所公开的充电装置中，直流继电器的切换次数少，因此不会损害直流继电器的耐久性。

对于电池的闭路电压（Closed Circuit Voltage：CCV），不使直流继电器闭合就无法计测。因此，控制器可以构成为：在充电开始之前（不使直流继电器闭合）计测电池的开路电压（Open Circuit Voltage：OCV），在开路电压比预先确定的电压阈值高的情况下，即，在电池的SOC（State OfCharge）足够高的情况下，不使直流继电器闭合而结束充电处理。通过减少闭合直流继电器的次数，使直流继电器的耐久性不会降低。

本说明书也提供一种新的充电方法。该方法包括以下三个步骤。（1）确定外部交流电源的可供给电力的步骤；（2）根据用户设定的充电结束时刻和所确定的可供给电力来决定充电开始时刻的步骤；（3）在充电开始时刻使将外部交流电源变换为直流的AC/DC转换器与电池连接的继电器闭合的步骤。这样的方法也能够到通过定时器设定的充电结束时刻为止结束充电。

本说明书所公开的充电装置或者搭载有充电装置的一部分的电动汽车也是本说明书所公开的新的技术的一个方面。

本说明书所公开的技术的详细内容和进一步的改良通过发明的实施方式来说明。

附图说明

图1是表示电动汽车的充电系统的示意图。

图2是充电系统的框图。

图3是充电处理的流程图。

具体实施方式

参照附图，对实施例的电动汽车100进行说明。在图1示出电动汽车100的充电系统的示意图。在图2示出充电系统的框图。在此，充电系统意味着对从外部电源到电池的电力流动进行规定的设备组。此外，希望注意：图1和图2仅表示本发明的说明所需要的设备，并不表示电动汽车具有的所有设备。

参照图1，对充电系统的概要进行说明。电动汽车100是通过马达3进行行驶的一个马达的电动汽车。电动汽车100搭载有高输出大容量的电池4，变换器2将电池4的直流电力变换为交流电力，并向马达3供给。电池4既能够通过利用了车辆的减速能而得到的再生电力进行充电，又能够从外部电源（商用电源93）进行充电。商用电源93例如供给100伏特的交流电力。

来自外部电源的充电经由EVSE8进行。EVSE8将插头91插入在住宅设置的电力插座92，从外部电源93取得电力。电缆7从EVSE8延伸，在顶端安装有充电插头6。将充电插头6插入车辆100的连接器5，经由EVSE8从外部电源93向车辆100供给电力。在电动汽车100具备充电装置10，该充电装置10将外部电源93供给的交流电力变换为直流电力并向电池4输出。

在车辆100的连接器5的旁边设置有定时器9的控制台。用户能够使用控制台来输入充电结束时刻。定时器9的主电路安装于充电装置10。充电装置10进行工作，以使得直到所设定的充电结束时刻为止完成充电。充电处理在之后详细说明。

参照图2，对充电系统进行详细说明。EVSE8具备漏电检测器8a、交流继电器8b以及控制电路8c。交流继电器8b是将外部电源93与车辆100电连接或者切断的开关。交流继电器8b最初断开。即，外部电源93与EVSE8最初被电切断。交流继电器8b由控制电路8c进行控制。在漏电检测器8a检测到漏电时，控制电路8c使交流继电器8b断开，即，将车辆100从外部电源93切离。控制电路8c经由电缆7将导频信号向车辆的充电装置10发送。图2的“CPLT”表示控制导频信号线（以下，记为CPLT线），通过该线发送导频信号。CPLT线能够进行双向通信。详细内容后面叙述。包括交流继电器8b的EVSE8也作为CCID（Charging CircuitInterrupt Device：充电电路中断设备）发挥功能。电缆7的剩余两根是用于供给电力的线。

从EVSE8接受电力的充电装置10具备AC/DC转换器13和整流电路17。从EVSE8供给的交流电力由AC/DC转换器13变换为直流电力。例如，AC/DC转换器13将所输入的商用100V交流电力变换为作为电池4的额定电压的直流300V。AC/DC转换器13的输出电流由整流电路17进行调整，并向电池4供给。在AC/DC转换器13的输入侧设置有对交流电压进行计测的第一电压传感器12，在AC/DC转换器13的输出侧设置有对直流电压进行计测的第二电压传感器15。另外，在整流电路17的输入侧和输出侧分别连接有用于使电流平滑化的电容器14、16。电压传感器12、15的传感器数据被发送到充电控制器18。充电控制器18基于电压传感器的传感器数据、和/或CPLT信号的状态，对AC/DC转换器13和整流电路17进行控制。AC/DC转换器13具备多个开关电路，充电控制器18提供对这些开关电路的开关指令（PWM（脉冲宽度调制）信号）。换言之，充电控制器18能够对AC/DC转换器13的工作和停止进行切换。另外，充电控制器18也能够经由CPLT线对EVSE8提供指令（后述）。进一步，充电控制器18控制车辆的直流继电器31，或者使充电状态（SOC：State OfCharge）、结果存储在非易失性存储器19。此外，直流继电器31是指将电池4与车辆的驱动系统连接或者切离的开关。直流继电器31有时也被称作系统主继电器。

在电池4连接有第三电压传感器23。第三电压传感器23与直流继电器31无关而与电池4连接，对电池4的开路电压（OCV：Open CircuitVoltage）进行计测。第三电压传感器23计测出的电池4的开路电压被传递到充电控制器18。

电池4也经由直流继电器31与变换器2连接。变换器2具备升压电路2a和变换器电路2b，马达控制器2c向这些设备所具有的开关电路提供指令（PWM信号）。此外，图2中的字符串“C-CNLT”表示“充电控制器”，字符串“M-CNLT”表示“马达控制器”。

对导频信号的协议进行概括说明。EVSE8（控制电路8c）在与外部电源93连接时，将CPLT线的电位提高至电压V3［V］（典型地为12V）。充电装置10（充电控制器18）对CPLT线的电位进行监视，检测到电位上升至电压V3［V］从而得知从EVSE8接受电力供给。CPLT线的电位也作为从充电控制器18向EVSE8的消息（指令）发挥功能。为了得知能够接受的电流容量的值，充电控制器18将CPLT线的电位降低至电压V2［V］（典型地为9V）。在检测到CPLT线的电位下降至电压V2［V］时，EVSE8（控制电路8c）检查外部电源93的电压和电流来确定可供给电流容量，并向充电控制器18传递。具体而言，EVSE8向CPLT线输出脉冲信号。此时，脉冲信号的占空比表示可供给电流容量。充电装置10对CPLT线的脉冲信号进行监视来得知可供给电流容量。当充电的准备就绪时，充电装置10使直流继电器31闭合（即，将充电装置10与电池4连接），并且将CPLT线的电位降低至电压V1［V］（典型地为6V）。将CPLT线的电位降低至电压V1［V］意味着对EVSE8指示供电开始。在检测到CPLT线的电位下降至电压V3［V］时，EVSE8使交流继电器8b闭合。外部电源93与充电装置10电连接，供电开始。与导频信号相关的协议由SEA-J1772规定，因此详细情况请参照SEA-J1772。

对充电控制器18执行的充电处理进行说明。在图3中示出充电处理的流程图。当在定时器9的控制台设置的启动开关被按下时，充电控制器18开始图3的处理。此外，有时EVSE8的充电插头6与车辆侧连接器5的连接也作为充电开始的触发器发挥功能。即，也可能在充电插头6与车辆侧连接器5连接时开始图3的处理。

充电控制器18首先检查是否设定了结束时刻（S2）。在通过定时器9设定了结束时刻的情况下（S2：是），充电控制器18将CPLT线的电位降低至电压V2，经由EVSE8取得外部电源93的可供给电流容量（S3）。接着，充电控制器18使CPTL线的电位降低至电压V3，对EVSE8指示交流继电器8b的闭合（S4）。当交流继电器8b闭合时，外部电源93与充电装置10电连接。充电控制器18通过第一电压传感器12来计测外部电源93的输出电压（S5）。充电控制器18根据外部电源93的可供给电流容量和输出电压来确定可供给电力。

接着，充电控制器18使用第三电压传感器23来计测电池4的开路电压。充电控制器18根据开路电压来推定电池4的剩余容量SOC（State OfCharge）（S6）。充电控制器18根据外部电源93的可供给电力和SOC，计算电池4的满充电所需要的时间（充电时间）（S7）。充电时间通过［可供给电力（Wh：瓦特小时）］/［电池4的空余容量（W：瓦特）］来计算。在此，［电池4的空余容量（W：瓦特）］通过［电池4的满充电容量（W：瓦特）］×（100-SOC）×0.01来求出。

充电控制器18根据定时器所设定的充电结束时刻和充电时间，决定充电开始时刻（S8）。然后，当充电开始时刻未超过当前时刻时（S9：否），充电控制器18使交流继电器8b断开（S10），设定本身定时器并转变为睡眠模式（S12），以在充电开始时刻再起动。睡眠模式与个人计算机的“睡眠模式”相同，是仅保留本身定时器的程序而停止其他功能的模式。

在未设定结束时刻的情况下（S2：否），或者，在充电开始时刻过了当前时刻的情况下（S9：是），充电控制器18执行步骤S22以后的处理。此外，在从睡眠模式再起动的情况下，充电控制器18从步骤S22的处理开始。

充电控制器18使用第三电压传感器23来取得电池4的开路电压，在开路电压比预先确定的阈值电压高的情况下，不使直流继电器31闭合而结束处理（SS22：是，S26、S27）。开路电压比预先确定的阈值电压高的情况意味着电池4的SOC是足够的。即，在电池4的SOC高而判断为不需要充电的情况下，充电控制器18一次也不会使直流继电器31闭合而结束充电处理。电压阈值典型地被设定为电池4的额定输出电压。通常，在电池4被充分充电的情况下，其输出电压稍微超过额定输出电压。

在电池4的开路电压比电压阈值低的情况下（S22：否），充电控制器18将CPLT线的电位降低至电压V3，并使交流继电器8b闭合。另外，充电控制器18也使直流继电器31闭合（S23）。接着，充电控制器18向AC/DC转换器13的开关电路提供PWM信号，开始充电（S24）。

充电控制器18持续进行充电，直到电池4的SOC超过预定的阈值为止（S25：否）。换言之，充电控制器18将电池4充电至达到满充电。当SOC超过阈值时（S25：是），充电控制器18使交流继电器8b和直流继电器31闭合（S26），结束充电处理（S27）。此外，在步骤S25中，充电控制器18基于电池4的闭路电压（CCV：Closed Circuit Voltage）来决定SOC。

对实施例的充电装置10的优点进行叙述。在通过定时器设定了结束时刻时，充电装置10确定外部电源93的可供给电力，决定充电开始时刻。因此，充电装置10即使在外部电源93的可供给电力不明的地域被利用，也能够开始充电以切实地在结束预定时刻结束充电。

充电装置10在开始充电之前不使直流继电器31工作。直流继电器31对于电动汽车100来说是重要的部件。充电装置10使系统主继电器工作的次数少，不会损害系统主继电器的耐久性。

对上述说明的实施例的注意点进行叙述。实施例的充电控制器18取得电池4的SOC，算出了充电时间（图3，步骤S6、S7）。充电控制器也可以根据预先确定的预计充电容量、外部电力的可供给电力和定时器的设定时刻来决定充电开始时刻。预先确定的预计充电容量典型地相当于100%的充电容量。在该情况下，充电时间相当于使SOC从0%到100%进行充电所需要的时间。通过采用预先确定的预计充电容量，充电装置能够不取得电池的SOC而决定充电时间。

实施例的车辆是具有一个马达的电动汽车。本说明书所公开的技术也能够适用于同时具备车轮驱动用的马达和发动机的所谓插电式混合动力车。

参照附图，对本发明的代表性且非限定性的具体例进行了详细说明。该详细说明单纯意在向本领域技术人员示出用于实施本发明的优选的例子的详细内容，而非意在对本发明的范围进行限定。另外，所公开的追加性的特征和发明能够为了提供进一步得到改善的电动汽车用充电装置而与其他特征、发明分开使用或者一起使用。

另外，由上述详细说明公开的特征、步骤的组合在最广泛的含义上并非是在实施本发明时所必须的，而仅是为了特别对本发明的代表性的具体例进行说明而记载的。进一步，在提供本发明的追加性的且有用的实施方式时，上述代表性的具体例的各种特征和独立权利要求及从属权利要求所记载的各种特征并非必须按照在此所记载的具体例或者按照所列举的顺序来进行组合。

本说明书和/或权利要求所记载的所有特征意在：在实施例和/或权利要求所记载的特征的结构之外，作为对申请的原始公开和请求保护的特定事项进行的限定而单独且彼此独立地公开。进一步，与所有数值范围和组或群相关的记载意在：作为对申请的原始公开和请求保护的特定事项进行的限定，公开了它们的中间的结构。

以上，对本发明的具体例进行了详细说明，但这些不过是举例说明，并非对权利要求的范围进行限定。权利要求的范围所记载的技术包括对以上举例说明的具体例进行各种变形、变更而得到的技术。在本说明书或附图中说明的技术要素单独地或者通过各种组合来发挥技术上的有用性，并不限定于申请时权利要求记载的组合。另外，在本说明书或附图中举例说明的技术能够同时实现多个目的，实现其中一个目的本身就具有技术有用性。

Claims (6)

1.一种电动汽车用的充电装置，通过外部电源供给的电力来对车载的电池充电，其特征在于，具备：

AC/DC转换器，其将外部的电源供给的交流电力变换为直流电力；

交流继电器，其将AC/DC转换器与外部的电源连接或者切断；

直流继电器，其将AC/DC转换器与电池连接或者切断；

定时器，其用于设定充电结束时刻；以及

控制器，其基于定时器的设定来控制交流继电器和直流继电器，

控制器，

在充电结束时刻被设定之后，使交流继电器闭合来确定外部电源的可供给电力，

根据所确定的可供给电力和充电结束时刻来决定充电开始时刻，

在所决定的充电开始时刻使交流继电器和直流继电器闭合而开始充电。

2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，

控制器，

在充电开始前计测电池的开路电压，

在开路电压比预定的电压阈值高的情况下，不使直流继电器闭合而结束充电处理。

3.根据权利要求1或2所述的充电装置，其特征在于，

控制器根据所确定的可供给电力、定时器的设定时刻和电池的剩余量来决定充电开始时刻。

4.根据权利要求1或2所述的充电装置，其特征在于，

控制器根据所确定的可供给电力、充电结束时刻和预定的预计充电容量来决定充电开始时刻。

5.一种电动汽车，具备权利要求1～4中任一项所述的充电装置。

6.一种电动汽车的充电方法，其特征在于，包括：

确定外部交流电源的可供给电力的步骤；

根据用户设定的充电结束时刻和所确定的可供给电力来决定充电开始时刻的步骤；以及

在充电开始时刻使将外部交流电源变换为直流的AC/DC转换器与电池连接的继电器闭合的步骤。

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