DE112016006739T5

DE112016006739T5 - Ladevorrichtung/Entladevorrichtung

Info

Publication number: DE112016006739T5
Application number: DE112016006739.9T
Authority: DE
Inventors: Michio Yamada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2019-01-03
Also published as: WO2017179153A1; US10714959B2; JPWO2017179153A1; US20190067973A1; JP6611917B2; CN108886259A

Abstract

Ein EV-PCS 4, das eine Lade-/Entladevorrichtung ist, umfasst: einen Stromrichter 43, der eine Lade-/Entladeeinheit ist, die zumindest eines von einem Laden einer Speicherbatterie, die an einem EV 5 angebracht ist, und Entladen einer Speicherbatterie steuert; ein Lade-/Entladekabel 11, das sich vom Stromrichter 43 erstreckt; und einen Lade-/Entladesteckverbinder 12 zum Verbinden des Lade-/Entladekabels 11 mit dem EV 5. Der Lade-/Entladesteckverbinder 12 umfasst ein Temperaturerfassungselement, das eine Oberfläche aufweist, die mit Harz beschichtet ist, wobei das Temperaturerfassungselement die Innentemperatur des Lade-/Entladesteckverbinders 12 erfasst. Der Stromrichter 43 reduziert einen Wert des Stroms, der während des Ladens oder Entladens der Speicherbatterie zum Lade-/Entladekabel 11 fließt, wenn die vom Temperaturerfassungselement erfasste Temperatur ansteigt.

Description

Feld
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lade-/Entladevorrichtung.
Hintergrund zum Stand der Technik
In den letzten Jahren ist die Nachfrage nach einem Lade-/Entladesystem gestiegen, das elektrische Energie von einer Speicherbatterie, die an einem Elektrofahrzeug (EV) angebracht ist, an ein elektrisches Gerät, das ein Haushaltsverbraucher ist, liefert und die am EV angebrachte Speicherbatterie mit elektrischer Energie aus einem kommerziellen System auflädt. Wenn das herkömmliche Lade-/Entladesystem die am EV angebrachte Speicherbatterie mit der vom kommerziellen System gelieferten elektrischen Energie auflädt, wandelt ein als eine Hausausrüstung bereitgestellter EV-Energiekonditionierer (Electric Vehicle Power Conditioner = EV-PCS = Elektrofahrzeug-Energiekonditionierungssystem) Wechselstrom in Gleichstrom um, und der Gleichstrom wird dem EV zugeführt. Wenn das Lade-/Entladesystem die elektrische Energie, die in der am EV angebrachten Speicherbatterie gespeichert ist, an den Haushaltsverbraucher liefert, wandelt das EV-PCS die Gleichstromleistung der am EV angebrachten Speicherbatterie in Wechselstrom um, und der Wechselstrom wird dem Haushaltsverbraucher zugeführt.
Andererseits erfordert ein Kabel, das die am EV montierte Speicherbatterie mit einer Energiewandlungseinrichtung zum Laden/Entladen der Speicherbatterie verbindet, Schutzmittel zum Schutz des Kabels, wenn ein zu großer elektrischer Strom fließt. Eine in Patentliteratur 1 offenbarte Stromunterbrechungseinrichtung umfasst einen mit einer Batterie verbundenen elektrischen Draht, eine Sicherung, bei der es sich um ein auf dem elektrischen Draht angeordnetes Kabelschutzmittel handelt, und ein Schütz, das einen elektrischen Strom abschaltet, der zum elektrischen Draht fließt.
Liste zitierter Schriften
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 5704337
Zusammenfassung
Technisches Problem
Ein Lade-/Entladekabel ist im Hinblick auf die Handhabbarkeit durch einen Benutzer vorzugsweise dünn und leicht. Wenn ein leichtes Lade-/Entladekabel mit einer Stromleitfähigkeit gleich oder kleiner als eine Stromleitfähigkeit für einen Ladestrom zu einem EV gewählt wird, indem Wert auf die Handhabbarkeit gelegt wird, kann eine Kurzschlussschutzvorrichtung im EV während der Entladung leider möglicherweise keinen Kurzschlussschutz des Kabels erzielen. Um die Kompatibilität zwischen der Handhabbarkeit und dem Kurzschlussschutz des Kabels herzustellen, ist es wünschenswert, dass ein Lade-/Entladesteckverbinder, der mit einem im EV vorgesehenen Kabelanschluss verbunden ist, mit einer Sicherung zum Schutz des Lade-/Entladekabels bereitgestellt ist. Es ist auch wünschenswert, dass für ein Steckverbindergehäuse des Lade-/Entladesteckverbinders Harz verwendet wird, das leichter ist und ein besseres Isoliervermögen aufweist als Metall. Wenn das Harz für das Steckverbindergehäuse verwendet wird, neigt die Innentemperatur des Steckverbindergehäusesleider dazu, aufgrund der Wärmeentwicklung von elektrischen Komponenten im Steckverbindergehäuse zu steigen, da das Harz in der Wärmeleitfähigkeit dem Metall unterlegen ist. Die Sonneneinstrahlung begünstigt einen weiteren Anstieg der Innentemperatur des Steckverbindergehäuses, da das Lade-/Entladesystem im Freien eingerichtet ist. Der Anstieg der Innentemperatur führt zu einer Verkürzung der Lebensdauer eines Sicherungselements. Das in Patentliteratur 1 offenbarte konventionelle Lade-/Entladesystem, bei dem die Sicherung im Inneren des Steckverbindergehäuses vorgesehen ist, ist mit dem Problem behaftet, dass der Alterungsprozess der Sicherung mit dem Anstieg der Innentemperatur des Steckverbindergehäuses fortschreitet.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des Vorstehenden entwickelt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lade-/Entladevorrichtung bereitzustellen, die den Alterungsprozess einer Sicherung in einem Steckverbindergehäuse unterdrücken kann, ohne die Handhabbarkeit eines Lade-/Entladekabels zu beeinträchtigen.
Lösung des Problems
Um das obige Problem und die Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Lade-/Entladevorrichtung mit einer Lade-/Entladeeinheit bereit, um zumindest eines von einem Laden einer an einem Fahrzeug angebrachten Speicherbatterie und Entladen der Speicherbatterie zu steuern, wobei die Lade-/Entladevorrichtung umfasst: ein Kabel, das sich von der Lade-/Entladeeinheit erstreckt; und einen Steckverbinder, um das Kabel mit dem Fahrzeug zu verbinden, wobei der Steckverbinder ein Temperaturerfassungselement umfasst, das eine mit Harz beschichtete Oberfläche aufweist, wobei das Temperaturerfassungselement eine Innentemperatur des Steckverbinders erfasst und die Lade-/Entladeeinheit einen Wert des Stroms, der während des Ladens oder Entladens der Speicherbatterie zum Kabel fließt, reduziert, wenn die durch das Temperaturerfassungselement erfasste Temperatur steigt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Lade-/Entladevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt eine Wirkung, dass der Alterungsprozess der Sicherung im Steckverbindergehäuse unterdrückt wird, ohne die Handhabbarkeit des Lade-/Entladekabels zu beeinträchtigen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Lade-/Entladesystems, umfassend eine Lade-/Entladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt.
2 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Hostsystems des in 1 dargestellten Lade-/Entladesystems darstellt.
3 ist ein Diagramm, das die Lade-/Entladevorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt.
4 ist ein Diagramm, das einen Hauptschaltkreis des Lade-/Entladesystems gemäß der Ausführungsform darstellt.
5 ist ein Diagramm, das einen Schaltkreis eines Schnittstellenabschnitts zwischen einem Stromwandler und einem EV, gezeigt in 4, darstellt.
6 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt eines Lade-/Entladesteckverbinders und eines Lade-/Entladekabels darstellt, die im Lade-/Entladesystem gemäß der Ausführungsform verwendet werden.

Beschreibung der Ausführungsform
Eine Lade-/Entladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich erläutert. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsform eingeschränkt ist.
Ausführungsform.
1 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Lade-/Entladesystems, umfassend eine Lade-/Entladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform, darstellt. Ein Lade-/Entladesystem 100 umfasst eine Solarbatterie 1, einen Umschalter 2, einen Solarbatterie-Energiekonditionierer (Photo Voltage Power Conditioning System = Photospannungsenergiekonditionierungssystem: PV-PCS 3), ein EV-PCS 4, ein EV 5, das ein Fahrzeug ist, eine häusliche Stromverteilertafel 6, einen Umschalter 7, einen Fehlerstromhauptschutzschalter 8 und einen Wartungsschutzschalter 10. Das PV-PCS 3 liefert elektrische Energie, der von der Solarbatterie 1 erzeugt wird, an ein kommerzielles System 9, das EV 5 oder einen Haushaltsverbraucher 70. Das EV-PCS 4 ist eine Lade-/Entladevorrichtung, die elektrische Energie an eine auf dem EV 5 montierte Speicherbatterie liefert oder in der Speicherbatterie gespeicherte elektrische Energie an den Haushaltsverbraucher 70 liefert.
Der Umschalter 2 ist über einen Draht „a“ mit dem PV-PCS 3 verbunden. Die häusliche Stromverteilertafel 6 und der Umschalter 7 sind über einen Draht „b“ mit dem Umschalter 2 verbunden. Das EV-PCS 4 ist über einen Draht „c“ mit dem Umschalter 2 verbunden. Der Umschalter 2 umfasst einen gemeinsamen Anschluss 21, der mit dem Draht „a“ verbunden ist, einen Anschluss 22, der mit dem Draht „b“ verbunden ist, einen Anschluss 23, der mit dem Draht „c“ verbunden ist, und einen Kontakt 24.
Die häusliche Stromverteilertafel 6 umfasst einen Hauptschutzschalter 6a und eine Vielzahl von Zweigschutzschaltern 6b, die mit dem Hauptschutzschalter 6a verbunden sind. Der Haushaltsverbraucher 70 ist mit jedem der Zweigschutzschalter 6b verbunden. In 1 ist ein einzelner Haushaltsverbraucher 70 dargestellt. Der Haushaltsverbraucher 70 ist eine Einrichtung, die mit Wechselstrom betrieben wird. Der Haushaltsverbraucher 70 kann beispielsweise ein Kühlschrank, eine Beleuchtungsvorrichtung, ein Kochgerät, ein Telefon, ein Fernsehgerät oder eine Audioeinrichtung sein.
Der Umschalter 7 ist ein Umschaltmittel zum Verbinden des Fehlerstromhauptschutzschalters 8 und der häuslichen Stromverteilertafel 6 oder zum Verbinden des EV-PCS 4 und der häuslichen Stromverteilertafel 6. Der Umschalter 7 umfasst einen gemeinsamen Anschluss 71, der mit den Drähten „b“ und „d“ verbunden ist, einen Anschluss 72, der mit einem Draht „e“ verbunden ist, einen Anschluss 73, der mit einem Draht „f“ verbunden ist, und einen Kontakt 74. Der Anschluss 72 ist über den Draht „e“ mit einer Sekundärseite des Fehlerstromhauptschutzschalters 8 verbunden.
Das kommerzielle System 9 ist mit einer Primärseite des Fehlerstromhauptschutzschalters 8 verbunden. Die Drähte „e“ und „g“ sind mit der Sekundärseite des Fehlerstromhauptschutzschalters 8 verbunden. Der Draht „g“ verbindet die Sekundärseite des Fehlerstromhauptschutzschalters 8 und die Primärseite des Wartungsschutzschalters 10.
Der Wartungsschutzschalter 10 ist ein Schaltmittel für das Verbinden oder Trennen des Fehlerstromhauptschutzschalters 8 und des EV-PCS 4. Während der Wartung und Inspektion des EV-PCS 4 wird ein Verdrahtungsweg zwischen dem Fehlerstromhauptschutzschalter 8 und dem EV-PCS 4 durch den Wartungsschutzschalter 10 geöffnet. Die Sekundärseite des Wartungsschutzschalters 10 ist über einen Draht „h“ mit dem EV-PCS 4 verbunden.
Das EV-PCS 4 umfasst einen Überstromschutzschalter 40, einen Parallel-Aus-Schalter 41, einen Stromwandler 42 und einen Stromrichter 43. Der Parallel-Aus-Schalter 41 ist ein Schaltmittel zum Trennen des kommerziellen Systems 9 und des EV-PCS 4, wenn der Benutzer bei einem Stromausfall des kommerziellen Systems 9 eine Umschaltung in den autonomen Betrieb wählt. Der Stromrichter 43 ist eine Lade-/Entladeeinheit, die das Laden/Entladen der am EV 5 angebrachten Speicherbatterie steuert.
Der Draht „h“ ist mit dem Überstromschutzschalter 40 verbunden. Der Stromwandler 42 ist vorgesehen, um zu verhindern, dass die vom EV 5 gelieferte elektrische Energie in das kommerzielle System 9 zurückfließt. Das heißt, da die im EV 5 in der Speicherbatterie gespeicherte elektrische Energie nicht an das kommerzielle System 9 abgegeben werden kann, ist der Stromwandler 42 vorgesehen, um zu verhindern, dass der vom Stromrichter 43 ausgegebene Wechselstrom in das kommerzielle System 9 fließt. Der Draht „c“ ist zwischen dem Parallel-Aus-Schalter 41 und dem Stromwandler 42 verbunden.
Der Stromrichter 43 ist ein bidirektionales Stromrichtungsmittel. Der Stromrichter 43 hat die Funktion, den vom kommerziellen System 9 oder dem PV-PCS 3 gelieferten Wechselstrom in Gleichstrom umzuformen und den Gleichstrom auszugeben, und die Funktion, den vom EV 5 gelieferten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln und den Wechselstrom auszugeben. Der Stromwandler 42 und der Draht „f“ sind mit einer Wechselstromseite des Stromrichters 43 verbunden. Das EV 5 ist über ein Lade-/Entladekabel 11, das ein Kabel zum Laden/Entladen ist, mit einer Gleichstromseite des Stromrichters 43 verbunden. Das Lade-/Entladekabel 11 ist ein Kabel zur Übertragung des Lade-/Entladestroms, eines Kommunikationssignals und einer Steuerungsenergieversorgung zwischen dem EV-PCS 4 und dem EV 5. Am distalen Ende des Lade-/Entladekabels 11 ist ein Lade-/Entladesteckverbinder 12 vorgesehen, der ein Steckverbinder zum Laden/Entladen der Speicherbatterie ist, der zur Verbindung mit einem Eingang des EV 5 dient.
Die Funktionsweise des Lade-/Entladesystems 100 wird erläutert. Ein Betriebsmodus des Lade-/Entladesystems 100 ist grob in einen Lademodus und einen Entlademodus unterteilt.
Im Lademodus kann vom kommerziellen System 9 gelieferte elektrische Energie und von der Solarbatterie 9 gelieferte elektrische Energie dem EV 5 zugeführt werden. Wenn das kommerzielle System 9 während des Lademodus ausfällt, wird der Parallel-Aus-Schalter 41 geöffnet, um das EV-PCS 4 vom kommerziellen System 9 zu trennen, so dass die am EV 5 montierte Speicherbatterie mit elektrischer Energie aufgeladen wird, die über den Umschalter 2 geliefert wird.
Im Entlademodus wird in der Regel eine Entlademenge der am EV 5 montierten Speicherbatterie entsprechend einer von der Solarbatterie 1 erzeugten Energiemenge und einer vom Haushaltsverbraucher 70 verbrauchten Energiemenge angepasst. Energieknappheit wird durch aus dem kommerziellen System 9 gelieferte elektrische Energie ausgeglichen.
Das EV-PCS 4 kann übergangsloses Laden/Entladen durchführen, d.h. den Lademodus übergangslos in den Entlademodus schalten oder umgekehrt. Während des Stromausfalls des kommerziellen Systems 9 passt das EV-PCS 4 die Entlademenge der am EV 5 angebrachten Speicherbatterie entsprechend der von der Solarbatterie 1 erzeugten Energiemenge und der vom Haushaltsverbraucher 70 verbrauchten Energiemenge an. Auf diese Weise wird ein Betriebsmodus zum Durchführen des übergangslosen Ladens/Entladens und Fortsetzen des Betriebs des Haushaltsverbrauchers 70 mit der von der Solarbatterie 1 gelieferten elektrischen Energie und der vom EV 5 gelieferten elektrischen Energie, wenn das EV-PCS 4 vom kommerziellen System 9 getrennt ist, als autonomer Betriebsmodus bezeichnet.
Ein konkretes Beispiel für den Lademodus wird im Folgenden erläutert. Wenn das kommerzielle System 9 keinem Stromausfall unterliegt und das EV-PCS 4 normal arbeitet, sind die Zustände des Umschalters 2, des Umschalters 7, des Fehlerstromhauptschutzschalters 8, des Wartungsschutzschalters 10 und des Parallel-Aus-Schalters 41 wie folgt.

(1) Der Anschluss 23 des Umschalters 2 ist mit dem gemeinsamen Anschluss 21 verbunden.
(2) Der Anschluss 73 des Umschalters 7 ist mit dem gemeinsamen Anschluss 71 verbunden.
(3) Der Fehlerstromhauptschutzschalter 8 ist geschlossen.
(4) Der Wartungsschutzschalter 10 ist geschlossen.
(5) Der Parallel-Aus-Schalter 41 ist geschlossen.

In diesen Zuständen wird der aus dem kommerziellen System 9 zugeführte Wechselstrom über den Fehlerstromhauptschutzschalter 8, den Wartungsschutzschalter 10, den Überstromschutzschalter 40, den Parallel-Aus-Schalter 41, den Umschalter 7, den Hauptschutzschalter 6a und die Zweigschutzschalter 6b dem Haushaltsverbraucher 70 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird die elektrische Energie des kommerziellen Systems 9 über den Umschalter 2 einer Wechselstromausgangsseite des PV-PCS 3 zugeführt. Das PV-PCS 3 erfasst die elektrische Leistung des kommerziellen Systems 9 und wirkt mit dem kommerziellen System zusammen.
Währenddessen wird der aus dem kommerziellen System 9 zugeführte Wechselstrom ebenfalls über den Überstromschutzschalter 40 und den Parallel-Aus-Schalter 41 dem Stromrichter 43 zugeführt. Der Stromrichter 43 wandelt den vom kommerziellen System 9 gelieferten Wechselstrom in Gleichstrom um. Der aus dem Wechselstrom umgewandelte Gleichstrom wird über das Lade-/Entladekabel 11 der am EV 5 angebrachten Speicherbatterie zugeführt. Dadurch wird die am EV 5 angebrachte Speicherbatterie geladen.
Ein konkretes Beispiel für den autonomen Betriebsmodus wird im Folgenden erläutert. Wenn das kommerzielle System 9 einem Stromausfall unterliegt und das EV-PCS 4 normal arbeitet, sind die Zustände des Umschalters 2, des Umschalters 7, des Fehlerstromhauptschutzschalters 8, des Wartungsschutzschalters 10 und des Parallel-Aus-Schalters 41 wie folgt.

(1) Der Anschluss 23 des Umschalters 2 ist mit dem gemeinsamen Anschluss 21 verbunden.
(2) Der Anschluss 73 des Umschalters 7 ist mit dem gemeinsamen Anschluss 71 verbunden.
(3) Der Fehlerstromhauptschutzschalter 8 ist geschlossen.
(4) Der Wartungsschutzschalter 10 ist geschlossen.
(5) Der Parallel-Aus-Schalter 41 ist geöffnet.

Wenn das EV-PCS 4 erfasst, dass das kommerzielle System 9 einem Stromausfall unterliegt, gibt das EV-PCS 4 einen Befehl zum Öffnen des Parallel-Aus-Schalters 41 aus. Infolgedessen werden das EV-PCS 4 und das kommerzielle System 9 voneinander getrennt. Danach wandelt der Stromrichter 43, der den Stromausfall erfasst, den von der Speicherbatterie des EV 5 gelieferten Gleichstrom in Wechselstrom um. Der aus dem Gleichstrom umgewandelte Wechselstrom wird der Haushaltsverbraucher 70 über den Umschalter 7, den Hauptschutzschalter 6a und die Zweigschutzschalter 6b zugeführt.
Der aus dem Stromrichter 43 während des autonomen Betriebs ausgegebene Wechselstrom wird über den Umschalter 2 ebenfalls der Wechselstromausgangsseite des PV-PCS 3 zugeführt. Das PV-PCS 3, das den Wechselstrom erfasst, bestimmt, dass das kommerzielle System 9 wiederhergestellt ist, und gibt den Wechselstrom in Zusammenwirkung mit dem aus dem Stromrichter 43 ausgegebenen Wechselstrom aus. Somit kann die von der Solarbatterie 1 erzeugte elektrische Energie an den Haushaltsverbraucher 70 geliefert werden.
Der Energieverbrauch eines typischen Hauses beträgt in der Regel 3 Kilowatt bis 12 Kilowatt bei einphasigen 200 Volt. Eine von der Solarbatterie 1 erzeugte Energiemenge schwankt in Abhängigkeit von der Dachfläche des Hauses und einer Sonneneinstrahlungsmenge. Im Allgemeinen beträgt die Energieerzeugungsmenge 2 Kilowatt bis 12 Kilowatt. Die von der Solarbatterie 1 erzeugte Energiemenge nimmt in den letzten Jahren tendenziell zu, da sich die Energieumwandlungseffizienz der Solarbatterie 1 und die Dachkonstruktion von Häusern verbessert haben. Unterdessen steigt tendenziell infolge der verbesserten Batterieleistung erheblich die Leistungskapazität der am EV 5 angebrachten Speicherbatterie, die 1 Kilowatt bis 30 Kilowatt beträgt.
2 ist ein Diagramm, das die Struktur eines Hostsystems des in 1 dargestellten Lade-/Entladesystems darstellt. Ein in 2 dargestelltes Hostsystem 200 umfasst eine Heimsteuereinheit 30 und eine Heimsteuerungseinrichtung 31, die einen Zustand des EV-PCS 4 anzeigen und vom Benutzer bedient werden. Die Heimsteuerungseinrichtung 31 ist ein Heimenergiemanagementsystem (HEMS), das die Betriebszustände des EV-PCS 4 und des Haushaltsverbrauchers 70 gemäß einem Zustand des Energieverbrauchs des an die häusliche Stromverteilertafel 6 angeschlossenen Haushaltsverbrauchers 70 und einem Zustand der Energieerzeugung des PV-PCS 3, wie in 1 gezeigt, steuert.
Das Hostsystem 200 verhindert das Auftreten von unnötigem Energieverbrauch im Haushaltsverbraucher 70 und nutzt effektiv die Restbatterieenergie des EV 5, wenn das EV-PCS 4 den autonomen Betrieb durchführt. Dadurch kann die Energieversorgung des Haushaltsverbrauchers 70 auch bei längerem Stromausfall des kommerziellen Systems 9 fortgesetzt werden. Dies ermöglicht es dem Nutzer, mit verfügbarer Elektrizität weiterzuleben.
3 ist ein Diagramm, das das Äußere der Lade-/Entladevorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt. 3 zeigt ein Gehäuse 50, ein Paar Halter 50b und 50c, das Lade-/Entladekabel 11 und den Lade-/Entladesteckverbinder 12. Das Gehäuse definiert die äußere Hülle des EV-PCS 4. Das Paar der Halter 50b und 50c ist auf der Seite einer hinteren Oberfläche 50a des Gehäuses vorgesehen. Das Lade-/Entladekabel 11 ist von der Seite der hinteren Oberfläche 50a des Gehäuses herausgezogen und um die Halter 50b und 50c gewickelt. Der Lade-/Entladesteckverbinder 12 ist am Endstück des Lade-/Entladekabels 11 bereitgestellt. Die Halter 50b und 50c sind Halter zum Halten des Lade-/Entladekabels 11 und des Lade-/Entladesteckverbinders 12, wenn der Lade-/Entladesteckverbinder 12 nicht mit dem Eingang des EV 5 verbunden ist. Das Lade-/Entladekabel 11 ist um den Halter 50b und den Halter 50c gewickelt. Der Halter 50c hält den Lade-/Entladesteckverbinder 12.
Beim Durchführen des Ladens/Entladens der Speicherbatterie entfernt der Benutzer den Lade-/Entladesteckverbinder 12 von den Haltern 50b und 50c, wickelt das Lade-/Entladekabel 11 vom Gehäuse 50 ab, trägt den Lade-/Entladesteckverbinder 12 in die Nähe des EV 5 und führt den Lade-/Entladesteckverbinder 12 in den Eingang des EV 5 ein. Nach dem Einführen benutzt der Benutzer einen Betriebsschalter an einem Grundkörper des EV-PCS 4, der Heimsteuerungseinheit 30 oder der Heimsteuerungseinrichtung 31, um das EV-PCS 4 zu veranlassen, den Lade-/Entladebetrieb zu starten. Nach dem Start des Lade-/Entladebetriebs ladet/entladet das EV-PCS 4 das EV-PCS 4 automatisch überganglos gemäß einem Betriebszustand des mit der häuslichen Stromverteilertafel 6 verbundenen Haushaltsverbrauchers 70 oder einem Energieerzeugungszustand des PV-PCS 3.
Wenn der Benutzer das EV 5 verwendet, verwendet der Benutzer den Betriebsschalter am Grundkörper des EV-PCS 4, der Haussteuerungseinheit 30 oder der Haussteuerungseinrichtung 31, um den Lade-/Entladebetrieb zu stoppen. Nach dem Stoppen des Lade-/Entladebetriebs zieht der Benutzer den Lade-/Entladesteckverbinder 12 aus dem Eingang des EV 5 heraus, wickelt das Lade-/Entladekabel 11 um die Halter 50b und 50c und führt schließlich den Lade-/Entladesteckverbinder 12 in den Halter 50c ein, um den Lade-/Entladesteckverbinder 12 zu fixieren.
Das Lade-/Entladekabel 11 ist ein mehradriges Kabel jeweils mit einer Vielzahl von elektrischen Drähten, die durch ein Vinylgehäuse doppelt isoliert sind. Das Gehäuse für das mehradrige Kabel kann im Hinblick auf die Wichtigkeit der Kosten der Vinylgehäuse sein. Alternativ kann das Gehäuse für das mehradrige Kabel auch ein aus Kautschuk ausgebildetes Gehäuse sein, wenn der Verdrahtungsvorgang unter Niedertemperaturbedingungen von Bedeutung ist. Eine interne Hauptstromleitung kann ein hitzebeständiger elektrischer Vinyldraht mit einer Größe von 3,5 qm bis 14 qm sein. Alternativ kann die interne Hauptstromleitung ein hitzebeständiger elektrischer Draht aus Kautschuk sein, wenn der Verdrahtungsvorgang unter Niedertemperaturbedingungen von Bedeutung ist.
Ein Schnellladekabel verwendet einen hitzebeständigen elektrischen Kautschuk-Draht mit einer Größe von 22 qm oder mehr. Das Lade-/Entladekabel 11 gemäß dieser Ausführungsform ist ein elektrisches Hauptdrahtkabel, das dünner ist als der hitzebeständige elektrische Kautschuk-Draht. Ein solches dünneres elektrisches Hauptdrahtkabel ist einfach zu handhaben, da das letztere ein geringeres Gewicht hat und einen verbesserten Verdrahtungsvorgang unter Niedertemperaturbedingungen ermöglicht.
Das Lade-/Entladekabel 11 gemäß dieser Ausführungsform, das das Vinylgehäuse verwendet, erzielt eine Kostenreduzierung. Das Lade-/Entladekabel 11 gemäß dieser Ausführungsform verwendet den hitzebeständigen elektrischen Vinyldraht mit einer Größe von 3,5 qm bis 14 qm als interne Hauptstromleitung. Das Lade-/Entladekabel 11 kann somit einem Energieverbrauch von 3 Kilowatt bis 12 Kilowatt standhalten, was einer Gesamtlastkapazität eines typischen Hauses entspricht, auch wenn die Anschlussspannung der am EV 5 angebrachten Speicherbatterie etwa 200 Volt beträgt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das EV-PCS 4 gemäß dieser Ausführungsform auch an ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) und nicht an das EV 5 angeschlossen werden kann. Das PHEV, das eine Lithium-Ionen-Batterie (LiB) mit den gleichen Zellen wie in einem reinen EV verwendet, umfasst typischerweise die reduzierte Anzahl von Zellen, die zur Kostenreduzierung in Reihe verbunden sind. Infolgedessen gibt das PHEV einen größeren Strom aus als den des reinen EV, wenn eine Batteriegesamtspannung niedriger ist als eine Batteriespannung des reinen EV und die Ausgangsleistung gleich der Ausgangsleistung des reinen EV ist. Ein an das PHEV angeschlossenes Lade-/Entladekabel muss eine Hauptstromleitung haben, die größer ist als ein an das reine EV angeschlossenes Lade-/Entladekabel, kann aber dünner sein als die Hauptstromleitung, die für das Schnellladekabel verwendet wird.
Harz mit Nichtbrennbarkeits- und Isoliereigenschaft wird für die Außenseite des Lade-/Entladesteckverbinders 12 verwendet. Dadurch kann nicht nur das Gewicht des Lade-/Entladekabels 11, sondern auch des Lade-/Entladesteckverbinders 12 reduziert werden. Die Verwendung von Harz für die Außenseite des Lade-/Entladesteckverbinders 12 ermöglicht es einem Benutzer, an der Hand weniger Kälte zu spüren, wenn er den Lade-/Entladesteckverbinder 12 im Winter verwendet. Im Vergleich zu Metall kann das Harz in Massenproduktion hergestellt werden, wenn nur ein Formteil hergestellt werden kann. Es wird daher erwartet, dass sich das Harz in großer Menge bis in normale Haushalte durchsetzt. Daher ist der Lade-/Entladesteckverbinder 12 mit seiner aus Harz gefertigten Außenseite mit dem Lade-/Entladesystem 100 kompatibel, das das EV 5 mit einer Gesamtlastkapazität von 3 Kilowatt bis 12 Kilowatt verwendet.
Für das so konfigurierte EV-PCS 4 verwendet der Benutzer das Lade-/Entladekabel 11 und den Lade-/Entladesteckverbinder 12, jedes Mal, wenn der Benutzer das EV 5 verwendet. Das Lade-/Entladekabel 11 gemäß dieser Ausführungsform verwendet den Lade-/Entladesteckverbinder 12, der dünner und leichter ist als das Schnelladekabel, so dass der Benutzer das Lade-/Entladekabel 11 leicht handhaben kann.
4 ist ein Diagramm, das einen Hauptschaltkreis des Lade-/Entladesystems gemäß der Ausführungsform darstellt. Das EV 5 umfasst einen Eingang 90, einen Kontakt 81, der mit dem Eingang 90 verbunden ist, eine Hauptbatterie 82, die ein LiB ist, eine Ladeeinheit 83, eine Hilfsmaschinenbatterie 84, eine Antriebseinheit 85, die mit dem Eingang 90 verbunden ist, um den Kontakt 81 anzutreiben, und eine Fahrzeugsteuereinheit 86. Der Kontakt 81 ist ein Schütz, das die Hauptbatterie 82 und den Eingang 90 verbindet oder die Hauptbatterie 82 und den Eingang 90 voneinander trennt. Die Ladeeinheit 83 lädt die Hauptbatterie 82 mit elektrischer Energie, die aus der Hilfsmaschinenbatterie 84 entladen wird, elektrischer Energie, die von einem Motor zum Antreiben des EV 5 zurückgewonnen wird, und elektrischer Energie, die von einem externen Wechselstromeingang zum normalen Laden empfangen wird. Die Antriebseinheit 85 öffnet/schließt den Kontakt 81 durch eine vom EV-PCS 4 gelieferte Steuerungsenergieversorgung, eine Steuerungsenergieversorgung und ein von der Fahrzeugsteuereinheit 86 geliefertes Steuersignal.
Eine Sicherung 91 und ein Elektromagnet 92, der ein Temperaturerfassungselement ist, sind im Lade-/Entladesteckverbinder 12 integriert. Wenn nur die Stromleitung des mehradrigen Kabels, das das Lade-/Entladekabel 11 ist, unterbrochen wird oder wenn die Seite des EV 5 kurzgeschlossen wird, schützt die Sicherung 91 den elektrischen Draht vor Ausbrennen, bevor der Kontakt 81 am EV 5 die Hauptbatterie 82 aufgrund von Kommunikationsstörungen unterbricht. Das Lade-/Entladesystem 100, das über einen Schnellladeanschluss des EV 5 elektrische Energie liefert oder empfängt, verwendet das Lade-/Entladekabel 11, das dünner und leichter ist als das Schnellladekabel, im Hinblick auf die Bedeutung der Handhabbarkeit durch den Benutzer. Die Sicherung 91 unterbricht einen Kurzschlussstrom, der beim Auftreten des Kurzschlusses fließt, und schützt den elektrischen Draht vor Ausbrennen.
Der Stromrichter 43 umfasst einen Hauptschaltkreis und eine Steuerungsfunktion des EV-PCS4. 4 zeigt den Hauptschaltkreis und die Steuerungsfunktion des EV-PCS 4, die im Inneren des Stromrichters 43 vorgesehen sind. Alternativ können der Hauptschaltkreis und die Steuerungsfunktion des EV-PCS 4 und nicht der Stromrichter 43 bereitgestellt sein, vorausgesetzt, dass sich der Hauptschaltkreis und die Steuerungsfunktion innerhalb des EV-PCS 4 befinden.
Der Stromrichter 43 umfasst ein Systemverbindungsrelais 51, Drosseln 52A und 52B, Wechselrichter-Hauptschaltkreise 53, 54 und 55 sowie eine Diode 56. Das Relais 51 öffnet und schließt, um die Versorgung mit Wechselstrom aus dem kommerziellen System 9 zuzulassen oder nicht zuzulassen. Die Wechselrichter-Hauptschaltkreise 53, 54 und 55 umfassen eine Vielzahl von Halbleiterschaltern zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom. Die Diode 56 weist eine Anode auf, die mit einem Gleichstrombus zwischen dem Wechselrichter-Hauptschaltkreis 53 und dem Wechselrichter-Hauptschaltkreis 54 verbunden ist, und eine Kathode, die mit einer Energieversorgungseinheit 64 verbunden ist, so dass ein im Gleichstrombus fließender elektrischer Strom in die Energieversorgungseinheit 64 eingespeist wird.
Der Stromrichter 43 umfasst eine Kapazität 57, die Wechselrichter-Hauptschaltkreise 53, 54 und 55, einen Hochfrequenz-Isolationstransformator 58, der zwischen dem Wechselrichter-Hauptschaltkreis 54 und dem Wechselrichter-Hauptschaltkreis 55 angeordnet ist, und eine Kapazität 59, die zwischen dem Wechselrichter-Hauptschaltkreis 55 und dem Lade-/Entladekabel 11 angeordnet ist. Ein Ende der Kapazität 57 ist mit dem Gleichstrombus und das andere Ende der Kapazität 57 ist mit der Energieversorgungseinheit 64 verbunden, derart dass eine Gleichstrombusspannung geglättet und in die Energieversorgungseinheit 64 eingespeist wird.
Der Wechselrichter-Hauptschaltkreis 54, der Wechselrichter-Hauptschaltkreis 55 und der Hochfrequenz-Isolationstransformator 58 definieren eine bidirektionale Umrichterschaltung. Die bidirektionale Umrichterschaltung liefert übergangslos die elektrische Energie aus dem Wechselrichter-Hauptschaltkreis 54 an das EV 5 und isoliert den Wechselrichter-Hauptschaltkreis 54 und den Wechselrichter-Hauptschaltkreis 55 voneinander. Die Kapazität 59 glättet eine an den bidirektionalen Umrichter angelegte Spannung.
Der Stromrichter 43 umfasst einen Gleichrichter-Schaltkreis 60, drei Antriebseinheiten 61, 62 und 63 sowie eine Steuereinheit 66. Der Gleichrichter-Schaltkreis 60 wandelt den vom kommerziellen System 9 gelieferten Wechselstrom in Gleichstrom um und versorgt die Energieversorgungseinheit 64 mit dem Gleichstrom. Die drei Antriebseinheiten 61, 62 und 63 treiben die Wechselrichter-Hauptschaltkreise 53, 54 und 55 jeweils an. Gemäß einem Steuersignal, das von der Steuereinheit 66 ausgegeben wird, treibt jede der drei Antriebseinheiten 61, 62 und 63 einen Halbleiterschalter an, der durch einen entsprechenden der drei Wechselrichter-Hauptschaltkreise 53, 54 und 55 definiert ist.
Der Stromrichter 43 umfasst eine Batterieeinheit 65. Die Batterieeinheit 65 stellt eine Steuerungsenergieversorgung zum Steuern der Antriebseinheiten 61, 62 und 63, der Steuereinheit 66, der Antriebseinheit 85 im EV 5 und des in 1 dargestellten Parallel-Aus-Schalters 41 bei Stromausfall des kommerziellen Systems 9 bereit. Diese Konfiguration ermöglicht es dem Lade-/Entladesystem 100 nicht nur in Zusammenwirkung mit dem kommerziellen System 9 normal zu arbeiten, sondern auch den Kontakt des in 1 dargestellten Parallel-Aus-Schalters 41 zu öffnen und den Kontakt 81 zu schließen, um so bei Stromausfall des kommerziellen Systems 9 ein autonomes Betriebssystem bereitzustellen.
Die Steuereinheit 66 steuert eine bidirektionale Umrichterschaltung, die durch den Wechselrichter-Hauptschaltkreis 55 und den Hochfrequenz-Isolationstransformator 58 definiert ist. Die Steuereinheit 66 kommuniziert mit der Fahrzeugsteuereinheit 86 im EV 5 über das Lade-/Entladekabel 11, den Lade-/Entladesteckverbinder 12 und den Eingang 90. Die Steuereinheit 66 kommuniziert mit der Fahrzeugsteuereinheit 86, um dadurch das Laden/Entladen der Hauptbatterie 82 zu steuern und eine Stromsteuerung in Abhängigkeit von Lastschwankungen im Haus und Schwankungen einer von der Solarbatterie 1 erzeugten Energiemenge zu erreichen.
Der Elektromagnet 92 umfasst eine Feststellspule zum Verriegeln des mit dem Eingang 90 verbundenen Lade-/Entladesteckverbinders 12, um zu verhindern, dass der verbundene Steckverbinder 12 während des Ladens/Entladens vom Benutzer entfernt wird, und eine Freigabespule zum Entriegeln des Lade-/Entladesteckverbinders 12. Diese Spulen werden von der Steuereinheit 66 mit Energie versorgt und gesteuert. Durch den Elektromagneten 92 bleibt ein mechanischer Betriebszustand aufrechterhalten, selbst wenn das Lade-/Entladekabel 11 getrennt wird und ein Steuersignal, das aus der Steuereinheit 66 ausgegeben wird, verloren geht.
5 ist ein Diagramm, das eine Schaltung eines Schnittstellenabschnitts zwischen dem Stromrichter und dem in 4 dargestellten EV darstellt. Die linke Seite von 5 zeigt die im Stromrichter 43 und im Lade-/Entladesteckverbinder 12 in 1 bereitgestellten Schaltungen. Die rechte Seite von 5 zeigt eine Schaltung, die in dem in 1 dargestellten EV 5 vorgesehen ist. Ein Steuerungsenergieversorgung Vcc1 ist eine Energieversorgung, die vom EV-PCS 4 geliefert wird, wie in 1 dargestellt. Eine Steuerungsenergieversorgung Vcc2 ist eine Energieversorgung, die von der in 4 dargestellten Fahrzeugsteuereinheit 86 geliefert wird. Die Steuerungsenergieversorgungen Vcc1 und Vcc2 betragen zum Beispiel 12 Volt.
Ein Schaltplan auf der oberen Seite von 5 beinhaltet ein Ende eines Schalters 26 zum Starten des Ladens/Entladens, der an die Steuerungsenergieversorgung Vcc1 angeschlossen ist. Ein Ende einer ersten Ladestart-/Stoppleitung 40a ist mit dem anderen Ende des Schalters 26 verbunden. Das andere Ende der ersten Ladestart-/Stoppleitung 40a ist über einen Widerstand mit einer Anode einer Diode verbunden, die auf der Primärseite eines Optokopplers 16 angeordnet ist. Eine Kathode der Diode ist geerdet.
Zwei Elektromagnete, die zwei Schalter des Kontakts 81 in einer einszu-eins-Korrespondenz antreiben, sind mit der Seite des anderen Endes der ersten Ladestart-/Stoppleitung 40a verbunden. Weiterhin ist eine Anode einer Diode, die auf der Primärseite eines Optokopplers 17 angeordnet ist, mit der Seite des anderen Endes der ersten Ladestart-/Stoppleitung 40a verbunden.
Ein Ende des Schalters 15 ist mit jedem der beiden Elektromagnete verbunden. Der Schalter 15, der den Kontakt 81 antreibt, ist in der Antriebseinheit 85 vorgesehen, die in 4 dargestellt ist. Das andere Ende des Schalters 15 ist mit einer Endseite einer zweiten Ladestart-/Stoppleitung 40b verbunden und über einen Widerstand mit einer Kathode einer auf der Primärseite des Optokopplers 17 angeordneten Diode verbunden.
Das andere Ende der zweiten Ladestart-/Stoppleitung 40b ist mit einem Ende eines Schalters 27 zum Starten des Ladens/Entladens verbunden. Das andere Ende des Schalters 27 ist mit einer Masse FG1 auf einer Seite des Stromrichters 43, mit einem Ende einer Steckverbinder-Verbindung-Bestätigungsleitung 40c und mit einem Ende einer Masseleitung 40e im Lade-/Entladesteckverbinder 12 verbunden.
Das andere Ende der Steckverbinder-Verbindungs-Bestätigungsleitung 40c ist über einen Widerstand mit einer Kathode einer Diode verbunden, die auf der Primärseite eines Optokopplers 13 angeordnet ist. Eine Anode der Diode ist mit der Steuerungsenergieversorgung Vcc2 verbunden.
Das andere Ende der Masseleitung 40e ist mit einer negativen Elektrode einer Steuerungsenergieversorgung 19 und mit einer Masse FG2 auf einer Seite des EV 5 verbunden. Die Steuerungsenergieversorgung 19 ist eine Energieversorgung, die von der in 4 dargestellten Hilfsmaschinenbatterie 84 geliefert wird. Die Steuerungsenergieversorgung 19 beträgt zum Beispiel 12 Volt.
Ein Ende einer Ladezulassungs-/Nichtzulassungsleitung 40d ist mit einem Drain eines Transistors 18 verbunden. Ein Emitter des Transistors 18 ist geerdet. Ein Ende der Ladezulassungs-/Nichtzulassungsleitung 40d ist über einen Widerstand mit einer Kathode einer Diode auf der Primärseite eines Optokopplers 25 verbunden. Eine Anode der Diode ist mit der Steuerungsenergieversorgung Vcc1 verbunden.
Gemäß einem Ladesignal, das von der in 4 dargestellten Fahrzeugsteuereinheit 86 ausgegeben wird, führt der Transistor 18 einen elektrischen Strom zur Diode auf der Primärseite des Optokopplers 25 auf der Seite des EV-PCS 4 oder stoppt den elektrischen Energiefluss zur Diode, um dadurch die Zulassung des Ladens/Entladens von der Seite des EV 5 zum EV-PCS 4 zu steuern. Der auf der Seite des Stromrichters 43 angeordnete Optokoppler 25 „isoliert“ ein Signal der Lade-/Entladezulassung und Nichtzulassung, das vom EV 5 ausgegeben wird, bei der Übertragung des Signals an die in 4 dargestellte Steuereinheit 66.
In dieser Konfiguration sind die Schalter 26 und 27 zum Starten des Ladens/Entladens auf der Seite des Stromrichters 43 und der Schalter 15 geschlossen, wodurch der Kontakt 81 geschlossen wird. Folglich wird eine Spannung der Hauptbatterie 82 an den Eingang 90 angelegt, um einen aufladbaren/entladbaren Zustand zu erreichen.
Der Optokoppler 13 zum Bestätigen der Verbindung des Lade-/Entladesteckverbinders 12 lässt einen elektrischen Strom von der Diode auf der Primärseite des Optokopplers 13 durch die Steckverbinder-Verbindung-Bestätigungsleitung 40c, die Masse FG1 auf der Seite des Stromrichters 43 und die Masseleitung 40e zur Masse FG2 des EV 5 fließen, wenn der Lade-/Entladesteckverbinder 12 mit dem Optokoppler 13 verbunden ist. Dadurch emittiert die Diode auf der Primärseite des Optokopplers Licht, so dass Informationen, die die Verbindung des Lade-/Entladesteckverbinders 12 anzeigen, an die in 4 dargestellte Fahrzeugsteuereinheit 86 übertragen werden.
Die Optokoppler 16 und 17 „isolieren“ ein vom EV-PCS 4 ausgegebenes Lade-/Entladestartsignal und übertragen das Signal an die Fahrzeugsteuereinheit 86 des EV 5.
Die Controller-Area-Network-(CAN)-Kommunikationsleitungen 40g und 40f dienen zur Datenübertragung zwischen dem Stromrichter 43 und dem EV 5. Der Stromrichter 43 und das EV 5 übertragen Spannungsinformationen über die CAN-Kommunikationsleitungen 40g und 40f zueinander. Der Stromrichter 43 und das EV 5 verwenden die CAN-Kommunikationsleitungen 40g und 40f und Hardware zur Implementierung der Bestätigung der Steckverbinder-Verbindung, der Lade-/Entladezulassung, des Lade-/Entladenichtzulassung, eines Lade-/Entladestarts und eines Lade-/Entladestops, wodurch eine Trennung oder ein Kurzschluss des Lade-/Entladekabels 11 erfasst und mehrere Anomalitäten einer Einrichtung erfasst werden. Somit können der Stromrichter 43 und das EV 5 die gegenseitige Energiezufuhr von Einrichtungen stoppen und die Einrichtungen schützen.
Ein elektromagnetischer Schalter 94 steuert einen Erregerstrom zum Elektromagneten 92. Um zu verhindern, dass der unter Spannung stehende Lade-/Entladesteckverbinder 12 abgezogen wird, liefert der elektromagnetische Schalter 94 der Festellspule des Elektromagneten 92 für eine kurze Zeitdauer unmittelbar vor Beginn der Energieversorgung des Steckverbinders 12 Energie. Folglich sind der Lade-/Entladesteckverbinder 12 und der Eingang 90 miteinander verriegelt, und der Benutzer kann den Lade-/Entladesteckverbinder 12 nicht entfernen. Selbst wenn unter einer solchen Bedingung eine Energieversorgung des Elektromagneten 92 „verloren geht“ (d.h. die Energieversorgung in einen Aus-Zustand versetzt wird, um die Energieversorgung des Elektromagneten 92 zu stoppen), bleibt der verriegelte Zustand aufrechterhalten.
Wenn das Laden/Entladen abgeschlossen ist und der Benutzer den Lade-/Entladesteckverbinder 12 entfernt, stoppt der Benutzer das Laden/Entladen mit Hilfe des Betriebsschalters am Grundkörper des EV-PCS 4, der Heimsteuereinheit 30 oder der Heimsteuerungseinrichtung 31. Nach dem Stoppen des Ladens/Entladens führt der elektromagnetische Schalter 94 der Freigabespule des Elektromagneten 92 für eine kurze Zeitdauer, unmittelbar bevor die Energieversorgung Verbinders 12 beginnt, Energie zu. Infolgedessen wird der Lade-/Entladesteckverbinder 12 entriegelt, damit der Benutzer den Lade-/Entladesteckverbinder 12 aus dem Eingang 90 entfernen kann. Dieser Vorgang unterdrückt die Wärmeentwicklung im Lade-/Entladesteckverbinder 12, da zu einem anderen Zeitpunkt als dem Zeitpunkt des Ladens/Entladens, d.h., dem Zeitpunkt des Beginns und des Stopps des Ladens/Entladens, keine elektrischer Energie durch den Elektromagneten 92 fließt.
Eine Widerstandserfassungseinheit 93 erfasst einen Widerstandswert der Spule des Elektromagneten 92. Da der Elektromagnet 92 während des Ladens/Entladens, wie vorstehend erläutert, nicht mit Energie versorgt wird, erzeugt der Elektromagnet 92 selbst keine Wärme. Der Widerstandswert der Spule ist abhängig von der Umgebungstemperatur um die Spule herum, d.h. von der Innentemperatur des Lade-/Entladesteckverbinders 12. Der von der Widerstandserfassungseinheit 93 erfasste Widerstandswert wird an die in 4 dargestellte Steuereinheit 66 übertragen. Wenn sich der Widerstandswert der Spule ändert, d.h. der Widerstandswert der Spule mit steigender Umgebungstemperatur um die Spule herum steigt oder die Temperatur durch die Energieversorgung der Spule steigt, reduziert die Steuereinheit 66 einen Lade-/Entladebetrag. Dadurch wird die Innentemperatur des Lade-/Entladesteckverbinders 12 reduziert und die Lebensdauer der Sicherung 91 kann verlängert werden. Da keine zusätzlichen Elemente, Schaltungen und Kabel zur Erfassung der Innentemperatur des Lade-/Entladesteckverbinders 12 benötigt werden, sind der Lade-/Entladesteckverbinder 12 und das Lade-/Entladekabel 11 leichtgewichtig und einfach einzusetzen und bieten eine verbesserte Zuverlässigkeit des Stromrichters 43 im Vergleich zum Einsatz mit diesen Komponenten.
6 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt des Lade-/Entladesteckverbinders und des Lade-/Entladekabels, die im Lade-/Entladesystem gemäß der Ausführungsform eingesetzt werden, darstellt. Der Lade-/Entladesteckverbinder 12 umfasst ein Gehäuse 101, das so angeordnet ist, dass es in den Eingang 90 des in 4 dargestellten EV 5 passt, und ein Steckverbindergehäuse 102, der zwischen dem Gehäuse 101 und dem Lade-/Entladekabel 11 angeordnet ist. Der Lade-/Entladesteckverbinder 12 umfasst einen aus Metall gefertigten Anschlussstift 104, der an der Innenseite des Gehäuses 101 befestigt ist und mit einer Hauptstromleitung 105 im Inneren des Steckverbindergehäuses 102 verbunden ist.
Das Steckverbindergehäuse 102 besteht aus Harz mit Unbrennbarkeitseigenschaft, Isoliereigenschaft, Fallbeständigkeit und chemischer Beständigkeit. Bei einem typischen Schnellladesteckverbinder ist ein Steckverbindergehäuse, der eine äußere Hülle des Steckverbinders definiert, oft aus einem Metall hergestellt. Der Schnellladesteckverbinder ist schwerer als das aus Harz gefertigte Steckverbindergehäuse. Für den Lade-/Entladesteckverbinder 12 gemäß dieser Ausführungsform ist das Steckverbindergehäuse 102 aus Harz gefertigt und die Innenseite des Steckverbindergehäuses 102 ist hohl. Somit ist der Lade-/Entladesteckverbinder 12 leichtgewichtiger als der aus Metall gefertigte Steckverbinder.
Wenn das Gehäuse 101 in den Eingang 90 des EV 5 eingesetzt wird, kommt der Steckverbinderstift 104 mit einer Metallelektrode in Kontakt, die auf einer Seite des Eingangs 90 vorgesehen ist. Folglich sind die auf der Seite des Eingangs 90 vorgesehene Metallelektrode und die Hauptstromleitung 105 über den Steckverbinderstift 104 miteinander verbunden. Für die Hauptstromleitung 105 wird ein hitzebeständiger elektrischer Vinyldraht mit einer Größe von 3,5 qm bis 14 qm verwendet. Die Hauptstromleitung 105 ist ein Teil einer Vielzahl von internen Drähten des Lade-/Entladekabels 11. Der Endabschnitt der Hauptstromleitung 105 wird in das Steckverbindergehäuse 102 eingesetzt.
Der Steckverbinderstift 104 ist am distalen Ende der Hauptstromleitung 105 angecrimpt. Die Sicherung 91 ist mit der Hauptstromleitung 105 verlötet. Da die Hauptstromleitung 105 mit dem Steckverbinderstift 104 verbunden ist, fließt ein Lade-/Entladestrom zwischen dem Hauptschaltkreis des Stromrichters 43 und der Ladeeinheit 83 des EV 5.
Der Lade-/Entladesteckverbinder 12 umfasst eine Verriegelung 106, einen Entriegelungsknopf 107, eine Feder 108 und einen Hebel 110. Die Verriegelung 106 ist im Inneren des Steckverbindergehäuses 102 vorgesehen, in einer solchen Weise, dass eine Stützwelle 106a eingeschaltet werden kann. Im Inneren des Steckverbindergehäuses 102 ist eine Feder 108 vorgesehen. Der Hebel 110 ist im Inneren des Steckverbinder-gehäuses 102 so angeordnet, dass er sich auf einer Stützwelle 110a in Antwort auf eine Bewegung des Entriegelungsknopfes 107 dreht.
Die Verriegelung 106 weist einen vorstehenden Abschnitt 106b auf, der auf einer Endseite derselben ausgebildet ist. 6 zeigt den vorstehenden Abschnitt 106b, der in einen durch das Gehäuse 101 gebildeten Öffnungsabschnitt 101a eintritt. Der vorstehende Abschnitt 106b weist ein Ende auf, das keilförmig ist, so dass es in den in 4 dargestellten Eingang 90 hineinpasst. Das andere Ende 106c der Verriegelung 106 ist mit dem einen Ende 110b des Hebels 110 in Kontakt. Die Seite des einen Endes 110b des Hebels 110 wird durch die Feder 108 gedrückt. Das andere Ende 110c des Hebels 110c ist mit dem Entriegelungsknopf 107 in Kontakt.
Wenn der Benutzer den Lade-/Entladesteckverbinder 12 in den Eingang 90 einführt, kommt eine geneigte Fläche des vorstehenden Abschnitts 106b der Verriegelung 106 mit dem Eingang 90 in Kontakt, so dass sich der Hebel 110 gegen den Uhrzeigersinn dreht. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich der mit der Verriegelung 106 verbundene Hebel 110 im Uhrzeigersinn gegen eine Zwingkraft der Feder 108. Folglich passt das Gehäuse 101 in den Eingang 90, ohne dass der vorstehende Abschnitt 106b der Verriegelung 106 vom Eingang 90 gegriffen wird.
Der Lade-/Entladesteckverbinder 12 kann nicht direkt entfernt werden, da der vorstehende Abschnitt 106b der Verriegelung 106 von einem im Eingang 90 ausgebildeten vertieften Abschnitt gegriffen wird, wenn das Einsetzen des Gehäuses 101 in den Eingang 90 abgeschlossen ist. Um den Lade-/Entladesteckverbinder 12 zu entfernen, drückt der Benutzer den Entriegelungsknopf 107 und bewirkt so, dass sich der Hebel 110 gegen die Zwingkraft der Feder 108 im Uhrzeigersinn dreht, so dass sich die vom Hebel 110 gedrückte Verriegelung 106 gegen den Uhrzeigersinn dreht. Dadurch wird der vorstehende Abschnitt 106b aus dem Passungseingriff mit dem Eingang 90 gelöst.
Für den Lade-/Entladesteckverbinder 12 gemäß dieser Ausführungsform ist der Elektromagnet 92, der im Inneren des Lade-/Entladesteckverbinders 12 vorgesehen ist, dem Entriegelungsknopf 107 zugewandt. Der Elektromagnet 92 hat eine mit Harz beschichtete Oberfläche und ist ein Beispiel für ein Temperaturerfassungselement zum Erfassen der Innentemperatur des Lade-/Entladesteckverbinders 12. In dieser Ausführungsform sind die Feststellspule und die Freigabespule des Elektromagneten 92 mit Harz beschichtet. Der in 6 dargestellte Elektromagnet 92 umfasst ein aus dem Harz ausgebildetes Gehäuse 92a und ein am Gehäuse 92a vorgesehenes bewegliches Teil 92b. Das bewegliche Teil 92b ist ein bewegliches Element, das sich bei der Erregung der Spule in einer Richtung zum Hebel 110 oder von diesem weg und zurück bewegt.
Das bewegliche Teil 92b ist dem anderen Ende 110c des Hebels 110c zugewandt angeordnet. Wenn die Feststellspule erregt wird, wird das bewegliche Teil 92b in Richtung des Hebels 110 geschoben. Wenn die Freigabespule erregt wird, wird das bewegliche Teil 92b in eine Richtung entgegengesetzt zum Hebel 110 zurückgeschoben.
Wenn sich das bewegliche Teil 92b in die Festellposition bewegt, wird das bewegliche Teil 92b gegen das andere Ende 110c des Hebels 110 gedrückt. Dadurch kann der Benutzer weder den Entriegelungsknopf 107 drücken noch den Lade-/Entladesteckverbinder 12 entfernen.
Andererseits, wenn sich das bewegliche Teil 92b in die Freigabeposition bewegt, wird ein Spalt zwischen dem anderen Ende 110c des Hebels 110c und dem beweglichen Teil 92b gebildet, wie in einem Beispiel gezeigt ist. Dadurch kann der Benutzer den Entriegelungsknopf 107 drücken und den Lade-/Entladesteckverbinder 12 entfernen.
Die Außenumfangsfläche der Sicherung 91 ist mit wärmeleitfähigem Harz 109 beschichtet, das ein Wärmeabstrahlungselement ist. Die Außenumfangsfläche des wärmeleitenden Harzes 109 ist in Kontakt mit dem Gehäuse 92a des Elektromagneten 92, der die Spulen umfasst. Das wärmeleitende Harz 109 reduziert die Hitzebeständigkeit zwischen der Sicherung 91 und dem Elektromagneten 92 und reduziert eine Temperaturdifferenz zwischen der Sicherung 91 und dem Elektromagneten 92. Dadurch kann die Genauigkeit der Temperaturerfassung durch den Elektromagneten 92 verbessert werden. Mit dieser Konfiguration erfasst das EV-PCS 4 die Temperatur der Sicherung 91 genau und steuert einen Lade-/Entladestrom auf der Grundlage der erfassten Temperatur. Die Lebensdauer der Sicherung nimmt mit steigender Umgebungstemperatur um die Sicherung herum abrupt ab. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Temperaturanstieg der Sicherung 91 unterdrückt, um dadurch die Lebensdauer der Sicherung 91 stark zu erhöhen.
Da das EV-PCS 4 nach dieser Ausführungsform die Temperatur unter Verwendung von Widerstandswerten der Spulen des Elektromagneten 92 erfasst, ist es nicht erforderlich, im Lade-/Entladesteckverbinder 12 ein Temperaturerfassungselement erneut vorzusehen. Da es nicht notwendig ist, eine Leitung für das Temperaturerfassungselement im Lade-/Entladekabel 11 zu verlegen, können der Lade-/Entladesteckverbinder 12 und das Lade-/Entladekabel 11 des Weiteren gewichtsreduziert werden. Da die Anzahl der Drähte im Lade-/Entladekabel 11 abnimmt, kann das Lade-/Entladekabel 11 dünner sein und somit das einfach zu handhabende EV-PCS 4 realisiert werden
Obwohl diese Ausführungsform als Beispiel beschrieben wurde, bei dem die Innentemperatur des Lade-/Entladesteckverbinders 12 aus einer Änderung der Widerstandswerte der Spulen des Elektromagneten 92 zur Steuerung des Lade-/Entladestroms erfasst wird, können die gleichen Wirkungen mit einem Temperaturerfassungselement, wie einem Optokoppler oder einem Thermistor, anstelle der Spulen erhalten werden. Bei Verwendung eines solchen Temperaturerfassungselements steigt die Anzahl der Kabel im Vergleich zur Verwendung des Elektromagneten 92. Die Genauigkeit der Temperaturerfassung ist jedoch besser als bei Verwendung des Elektromagneten 92.
Für das herkömmliche EV-Lade-/Entladesystem für das typische Haus ist das Gehäuse des Lade-/Entladesteckverbinders aus Harz gefertigt und hat somit seine geringere Wärmeabstrahlungsleistung innerhalb und außerhalb des Lade-/Entladesteckverbinders im Vergleich zu einem aus Metall gefertigtem Gehäuse. Infolgedessen ist die Innentemperatur des Lade-/Entladesteckverbinders tendenziell hoch. Die Wärmeabstrahlungscharakteristik kann durch die Bereitstellung eines Lochs im Gehäuse verbessert werden, um Wärme im Gehäuse abzustrahlen. Leider stellt dieser Ansatz ein Problem dar. Das heißt, da eine Hochspannungsladeeinheit und eine mechanische Komponente zum Verriegeln oder Entriegeln des Lade-/Entladesteckverbinders im Inneren des Lade-/Entladesteckverbinders angeordnet sind, besteht Besorgnis über den Ausfall des Betriebs der mechanischen Einheit und die Verschlechterung der Isolierleistung durch das Eindringen von Staub, Metallstücken und Insekten in das Innere des Steckverbinders. Das EV-PCS 4 gemäß dieser Ausführungsform unterdrückt die Wärmeentwicklung der Sicherung 91, indem es die Innentemperatur des Lade-/Entladesteckverbinders 12 erfasst und Lade-/Entladestromsteuerung durchführt, um einen Werts des Stroms zu reduzieren, der während des Ladens oder Entladens durch das Lade-/Entladekabel 11 fließt, wenn die erfasste Temperatur ansteigt. Es ist daher nicht erforderlich, eine Öffnung für die Wärmeabstrahlung im Lade-/Entladesteckverbinder 12 vorzusehen oder die Öffnung kann gegebenenfalls verkleinert werden. Dadurch dringen Staub, Metallstücke und Insekten weniger leicht in das Innere des Lade-/Entladesteckverbinders 12 ein, was die Isolierleistung verbessert und die Nichtbedienbarkeit der mechanischen Einheit verhindert.
Da Staub, Metallstücke und Insekten weniger leicht in das Innere des Lade-/Entladesteckverbinders 12 eindringen, ist auch eine Wartung wie die Demontage und Reinigung des Lade-/Entladesteckverbinders 12 nicht erforderlich. Daher kann das EV-PCS 4 gemäß dieser Ausführungsform eine hohe Wirkung im Lade-Entladungssystem für das typische Haus erzielen, in dem die Wartung nicht oft durchgeführt werden kann.
Durch wiederholtes Erhitzen der Sicherung 91 auch bei niedriger Temperatur wird die Kristallisation eines Sicherungselementgewebes in einem Element vorangetrieben, wodurch eine Kristallgrenzfläche aufbricht. Dieses Phänomen ist eine Ursache für eine Verkürzung der Lebensdauer der Sicherung 91. In dieser Ausführungsform kann die Umgebungstemperatur um das Element der Sicherung 91 herum reduziert werden, um dadurch dem Stromrichter 43 und dem Lade-/Entladesystem 100 eine lange Lebensdauer zu verleihen.
Das herkömmliche Lade-/Entladesystem wählt eine Sicherung 91 mit einem großen Sicherungsstrom in Bezug auf einen Nennstrom während eines normalen Betriebs aus, unter der Annahme, dass die Lebensdauer der Sicherung aufgrund des Voranschreitens der Kristallisation des Sicherungselementgewebes im Sicherungselement abnimmt. Das EV-PCS 4 gemäß dieser Ausführungsform kann die Innentemperatur des Lade-/Entladesteckverbinders 12 erfassen, ohne dem Lade-/Entladesteckverbinder 12 ein neues Element hinzuzufügen und kann einen Anstieg der Innentemperatur des Lade-/Entladesteckverbinders 12 unterdrücken. Daher wird das Voranschreiten der Kristallisation des Sicherungselementgewebes im Element verhindert, um dadurch einen maximalen Strom, der durch die Sicherung 91 fließt, relativ zu reduzieren. Es ist daher möglich, eine Sicherung mit einem kleinen Sicherungsstrom zu verwenden.
Ein Lade-/Entladekabel eines häuslichen Lade-/Entladesystems weist einen elektrischen Drahtdurchmesser auf, der entsprechend einem Sicherungsstrom während eines Kurzschlusses und nicht einem Nennstrom während eines normalen Betriebs gewählt wird. Das bedeutet, dass ein elektrischer Draht, der für das Lade-/Entladekabel des häuslichen Lade-/Entladesystems ausgewählt wurde, einen großen Drahtdurchmesser aufweist. Die Auswahl des elektrischen Kabels mit dem großen Durchmesser erhöht das Gewicht des Lade-/Entladekabels, was dazu führt, dass das Lade-/Entladekabel schwer zu verlegen ist. Da das EV-PCS 4 gemäß dieser Ausführungsform einen Ausschaltstrom reduzieren kann, kann die Sicherung 91 mit einem kleinen Ausschaltstrom und dem dünnen und leichten Lade-/Entladekabel 11 verwendet werden. Somit ist es möglich, das Lade-/Entladesystem 100 mit dem Lade-/Entladekabel 11 bereitzustellen, das für einen durchschnittlichen Benutzer einfach zu handhaben ist.
Da die Peripherie der Sicherung 91 mit dem Harz beschichtet ist, das in dieser Ausführungsform das Wärmeabstrahlungselement ist, ist der vom Benutzer berührte Steckverbindergehäuse 102 doppelt von der Sicherung 91 isoliert. Somit ist es möglich, das EV-PCS 4 und das Lade-/Entladesystem 100 mit hoher elektrischer Sicherheit bereitzustellen.
In dieser Ausführungsform wird das Harz für das Steckverbindergehäuse verwendet, da die Kosten und Massenproduktionsfähigkeit von Bedeutung sind. Die gleichen Effekte können jedoch erzielt werden, wenn ein Steckverbindergehäuse aus Metall mit einem kleinen Festigkeit-Gewichts-Verhältnis, wie Aluminium oder Titan, verwendet wird. Die Verwendung eines solchen Metall-Steckverbindergehäuses macht das Lade-/Entladekabel 11 nicht nur leicht und einfach zu verlegen, sondern verleiht dem EV-PCS 4 und dem Lade-/Entladesystem 100 auch die verbesserte Wärmeabstrahlleistung und die längere Lebensdauer.
Die oben in der Ausführungsform erläuterten Konfigurationen zeigen Beispiele für den Inhalt der vorliegenden Erfindung. Die Konfigurationen können mit anderen öffentlich bekannten Technologien kombiniert werden. Ein Teil der Konfigurationen kann in einem Bereich weggelassen oder geändert werden, der nicht vom Sinn der vorliegenden Erfindung abweicht.
Bezugszeichenliste
1: Solarbatterie; 2, 7: Umschalter; 4: EV-PCS; 5: EV; 6: Haustromverteilertafel; 6a: Hauptschutzschalter; 6b: Zweigschutzschalter; 8: Fehlerstromhauptschutzschalter; 9: kommerzielles System; 10: Schutzschalter für Wartung; 11: Lade-/Entladekabel; 12: Lade-/Entladesteckverbinder; 15, 26, 27: Schalter; 13, 16, 17, 25: Optokoppler; 18: Transistor; 19: Steuerungsenergieversorgung; 21, 71: gemeinsamer Anschluss; 22, 23, 72, 73: Anschluss; 24, 74: Kontakt; 30: Heimsteuereinheit; 31: Heimsteuerungseinrichtung; 40: Überstromschutzschalter; 40a: erste Ladestart-/Stoppleitung; 40b: zweite Ladestart-/Stoppleitung; 40c: Steckverbindungsbestätigungsleitung; 40d: Ladezulassungs-/Nichtzulassungsleitung; 40e: Masseleitung; 40f, 40g: Kommunikationsleitung; 41: Parallel-Aus-Schalter; 42: Stromwandler; 43: Stromrichter; 50: Gehäuse; 50a: hintere Oberfläche; 50b, 50c: Halter; 51: Systemzusammenwirkungsrelais; 52A, 52B: Drossel; 53, 54, 55: Wechselrichter-Hauptschaltkreis; 56: Diode; 57, 59: Kapazität; 58: Hochfrequenz-Isolationstransformator; 60: Gleichrichter-Schaltkreis; 61, 62, 63: Antriebseinheit; 64: Energieversorgungseinheit; 65: Batterieeinheit; 66: Steuereinheit; 70: Haushaltsverbraucher; 81: Kontakt; 82: Hauptbatterie; 83: Ladeeinheit; 84: Hilfsmaschinenbatterie; 85: Antriebseinheit; 86: Fahrzeugsteuereinheit; 90: Eingang; 91: Sicherung; 92: Elektromagnet; 92a: Gehäuse; 92b: bewegliches Teil; 93: Widerstandserfassungseinheit; 94: elektromagnetischer Schalter; 100: Lade-/Entladesystem; 101: Gehäuse; 101a: Öffnungsabschnitt; 102: Steckverbindergehäuse; 104: Steckverbinderstift; 105: Hauptstromleitung; 106: Verriegelung; 106a: Stützwelle; 106b: vorstehender Abschnitt; 106c: anderes Ende; 107: Entriegelungsknopf; 108: Feder; 109: wärmeleitfähiges Harz; 110: Hebel; 110a: Stützwelle; 110b: ein Ende, 110c: anderes Ende; 200: Hostsystem.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5704337 [0004]

Claims

Lade-/Entladevorrichtung, aufweisend eine Lade-/Entladeeinheit, um zumindest eines von einem Laden einer an einem Fahrzeug angebrachten Speicherbatterie und einem Entladen der Speicherbatterie zu steuern, wobei die Lade-/Entladevorrichtung umfasst: ein Kabel, das sich von der Lade-/Entladeeinheit erstreckt; und einen Steckverbinder zum Verbinden des Kabels mit dem Fahrzeug, wobei der Steckverbinder ein Temperaturerfassungselement umfasst, das eine mit Harz bedeckte Oberfläche aufweist, wobei das Temperaturerfassungselement eine Innentemperatur des Steckverbinders erfasst, und die Lade-/Entladeeinheit einen Wert des Stroms, der während des Ladens oder Entladens der Speicherbatterie zum Kabel fließt, reduziert, wenn die vom Temperaturerfassungselement erfasste Temperatur ansteigt.
Lade-/Entladevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Temperaturerfassungselement ein Elektromagnet ist, und der Elektromagnet die Innentemperatur des Steckverbinders aus einer Änderung eines Widerstandswertes einer Spule des Elektromagneten erfasst.
Lade-/Entladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Sicherung im Inneren des Steckverbinders vorgesehen ist, und die Sicherung mit einem Wärmeabstrahlungselement bedeckt ist.
Lade-/Entladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Steckverbindergehäuse des Steckverbinders aus Metall ausgebildet ist.