TW201330452A - 電動車輛用充電裝置 - Google Patents

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上野哲
戶田亘彥
中山將司
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Abstract

在一充電裝置中，當流過主斷路器110之電流超過其電流能力時，充電電流調節部24使通訊部25傳送降低充電電流之目前上限值的調節指令。當接收到來自充電電流調節部24之調節指令時，充電單元10的充電控制部14會將領航信號的佔空比改變成對應至調整指令所指示之上限值的新佔空比並降低充電電流上限值。所以，降低了供應至每一電動車輛的充電電流，藉此避免主斷路器110的電流超過其額定電流。因此，能同時對複數電動車輛充電並同時抑制電源對非電動車輛之家電的影響。

Description

電動車輛用充電裝置
本發明係關於電動車輛如電動摩托車用之充電裝置。
在日本未審查之專利申請案公開號2010-277855的案件中揭露了對電動車輛提供充電站的傳統作法。此充電站包含：管狀主體，其中具有複數容納空間且被直立地安裝在停放電動車輛之地面上；及複數插座單元，以可分離之方式插入主體的容納空間中。該插座單元包含：插座，充電用線的插頭係以可分離的方式連接至此插座；及外殼，容納該插座且該外殼係設置於該主體之容納空間內。
在傳統的充電站中，插座單元可被收納在主體的容納空間中，俾以處理插座之數目增加的可能性。又，可改善維護服務如維修工作或置換工作的可實現性。
同時，對電動車輛如電動摩托車充電所需的充電電流通常會超過一般電器如電視組、冰箱與空調裝置的耗電流。因此，若同時對電動車輛充電並使用此些電器，供電系統所供應的電流會大幅增加。在來自供電系統之電流(耗電流)大幅增加的情況下，需要高容量的纜線且需要改變與電力公司之間的契約需求。應注意，除非採取任何手段，否則超過負載的電流會流動一段時間(例如數秒)。這會引發下列問題：分配板中的主斷路器會跳掉，或者電力公司所安裝的限制器會作動以停止供電。
有鑑於前述問題，本發明的一目的在於提供一種電動車輛用之充電裝置，其能夠同時對複數電動車輛充電同時抑制電源對非電動車輛之家電的影響。
根據本發明之一態樣之一種電動車輛用之充電裝置包含：複數充電單元，分別介於複數斷路器與複數電動車輛之間以對每一該電動車輛指示充電電流之上限值；電流偵測單元，用以偵測流過斷路器的電流；調節單元，用以調節每一充電單元中的該充電電流上限值俾使電流偵測單元所偵測到的電流不會超過斷路器的額定電流；及主體，容納該充電單元。該充電單元的每一者包含連接至該電動車輛的充電用線及用以藉由充電用線而將信號傳輸至電動車輛的傳輸部。該調節單元使該傳輸部將該調節單元調節過之該上限值的資訊傳輸至該電動車輛。
在上述的充電裝置中，該調節單元可將該各個充電單元中的該上限值調整成彼此相同，俾使該電流偵測單元所偵測到的電流不會超過該斷路器的額定電流。
在上述的充電裝置中，該調節單元可將該充電單元中的該上限值的至少一者調整成與其他上限值不同，俾使該電流偵測單元所偵測到的電流不會超過該斷路器的額定電流。
在上述的充電裝置中，該調節單元可將該充電單元中之該上限值中的至少一者調成零。
在上述的充電裝置中，可將優先順序分配至該複數充電單元。該調節單元可將具有較高優先順序之該充電單元中的該上限值調得較高。
在上述的充電裝置中，該充電單元中的任一者可設有控制部。該控制部可使被包含於所有其他充電單元中的傳輸部將自該調節單元所接收到的該上限值的資訊傳輸至該各別電動車輛。
在上述的充電裝置中，該調節單元與該複數充電單元可一起被容納於該主體中。
根據本發明的充電裝置可同時對複數電動車輛充電同時抑制電源對非電動車輛之家電的影響。
之後將參考圖1至5說明本發明之一實施例，在此實施例中本發明的技術概念被運用至電動車輛用之充電裝置(此後稱為「充電裝置」)，此充電裝置被安裝在一建築物如住宅社區或辦公大樓中以利用電源系統所供應的電能來對電動摩托車充電。然而，電動車輛不限於電動摩托車。
(第一實施例)
如圖1中所示，自電源系統100經由分配板將單相三線型的AC電源供應至一建築物。分配板包含：主斷路器110，其主要側係連接至電源系統100；及複數分支斷路器111，連接至主斷路器110的次要側。在主斷路器110的主要側上可設置限制器(限流器)。又，雖然未以圖示，但一插座或一電負載(照明裝置、電磁烹飪裝置、空調裝置等)係藉由內部線路而連接至每一分支斷路器111的次要側。
如圖1中所示，本實施例的充電裝置具有複數充電單元10(在圖1中有兩個)及一控制單元20。
控制單元20主要包含電流感測器21、22、電流偵測部23、充電電流調節部24與通訊部25。電流偵測部23藉著使用電流感測器21而偵測自電源系統100供應至主斷路器110之主要側之電流(此後稱為「主電流」)的強度(電流值)。同時，電流偵測部23藉著使用電流感測器22而偵測自對應分支斷路器111供應至每一充電單元10之充電電流的強度(電流值)。應注意，電流感測器21、22與電流偵測部23可構成電流偵測單元。充電電流調節部24主要包含微電腦並調節每一充電單元10中的充電電流上限值，俾使電流偵測部23所偵測到的主電流不會超過主斷路器110的額定電流。又，與各個充電單元10通訊(信號傳輸)的通訊部25會基於例如RS485標準來進行串列式通訊。應注意，充電電流調節部24與通訊部25可構成調節單元。通訊部25的通訊系統並不限於RS485標準，亦可使用電力線載波通訊、無線通訊(例如低功率無線通訊)等。
充電單元10包含充電連接器11、充電用線12、開啟/關閉部13、充電控制部14與通訊部15。又，充電單元10係安裝在電動摩托車的停放空間(車庫)附近並連接至分配板中每一分支斷路器所分支的分支電路。充電用線12包含：電源線12A，用以將供應之充電電流饋送至電動摩托車；及信號線12B，用以傳輸後續會說明的領航信號，信號線12B受到絕緣鞘的包覆。在充電用線12的前端處提供充電連接器11。充電連接器11係以可分離的方式連接至設置在電動摩托車之主體中的插入接口(入口)。當充電連接器11係連接至該插入接口時，來自電源系統100的充電電流可經由分配板與充電單元10而被供應至電動摩托車，且領航信號可在充電單元10之充電控制部14與電動摩托車之充電ECU(電子控制單元，此後被稱為「充電ECU」)之間傳輸。
開啟/關閉部13具有設置在能量饋送線上的電磁繼電器，此能量饋送線係自分支斷路器111出發到達電源線12A。藉著開啟/關閉電磁繼電器以回應來自充電控制部14的指示，開啟/關閉部13開啟與關閉能量饋送線。又，充電控制部14偵測流過能量饋送線的不平衡電流。當不平衡電流超過閾位準，充電控制部14會判定發生漏電並控制開啟/關閉部13去使能量饋送線斷路。通訊部15與控制單元20的通訊部25(例如RS485標準串列式通訊)通訊。注意，充電控制部14與通訊部15可構成傳輸部。
此處將參考圖3中的時序圖來說明充電單元10的基本充電操作。首先，當在時間t0處充電連接器11係連接至電動摩托車之插入接口時，特定的電壓V1(例如V1=12 V)會自充電控制部14供應至信號線12B。此供應至信號線12B的特定電壓能作為控制領航(CPLT)信號(此後稱為「領航信號」)的傳輸媒介，因此根據其電壓位準與下列的佔空比可在充電ECU與充電控制部14間傳輸各種資訊。
當偵測到電壓V1之領航信號時，充電ECU會將領航信號的電壓位準自V1降低至V2(例如V2=9 V)(時間t1至t2)。當偵測到領航信號自V1降低至V2時，充電控制部14會輸出預定頻 率(例如1 KHz)的脈衝領航信號(自時間t2)。雖然領航信號具有±V1的電壓位準，但其上電壓位準被降低為V2。領航信號的佔空比代表充電電流上限值(充電單元10的電流能力)，會針對每一充電單元10事先設定之。例如，當充電單元10具有A之電流能力時，佔空比會被設定為20%。當充電單元10具有30 A的電流能力時，佔空比會被設定為50%。充電ECU藉著偵測領航信號的佔空比來辨識電流能力，然後將領航信號的電壓位準自V2降低至V3(例如V3=6V)(時間t3處)。當偵測到電壓位準自V2降低至V3時，充電控制部14關閉開啟/關閉部13並開始供應充電能量。
充電ECU根據電流能力來設定電流值(≦電流能力)，以將儲存電池之充電位準提昇至目標位準，然後將充電指令輸出至裝載在電動摩托車中的電池充電器。接收到充電指令的電池充電器會對儲存電池充電並同時調整充電電流，俾使充電電流不超過充電ECU所設定的電流值(自時間t3)。當儲存電池的充電位準到達目標位準時，充電ECU會輸出充電停止指令至電池充電器以停止對儲存電池充電。然後，充電ECU會將領航信號的電壓位準自V3回復至V2(時間t4處)。電池充電器接收到充電停止指令時，停止對儲存電池充電。
當偵測到領航信號自V3變化至V2時，充電控制部14開啟開啟/關閉部13並停止供應充電電流。充電ECU使領航信號的電壓位準返回至初始位準V1(時間t5處)。當領航信號的電壓位準返回至V1時，充電控制部14停止預定頻率的脈衝振盪並將電壓位準維持在V1以返回至等待狀態(時間t6處)。
如上所述，充電單元10藉著開啟/關閉電動摩托車的充電電流並將充電電流上限值指示予電動摩托車的充電ECU以控制裝載在電動摩托車中之儲存電池的充電。
同時，如圖2中所示，本實施例的充電裝置的配置俾使複數充電單元10與控制單元20皆容納於直立地安裝在停放電動摩托車之地面上的主體(裝置體)1中。
至於主體1，皆被形成為長矩形狀的三片金屬板(一左側板2、一右側板3與一背板)被組裝在一起而形成前、上與下側皆開放的方形管。方形管的上開口受到平坦的類盒狀蓋件5所封閉。在左側板2與右側板3兩者的內表面上有一連接板(未顯示)平行連接至背板，使得主體1的內部被連接板分割為前部與後部。充電單元10與控制單元20係容納於主體1的前部中。電源(未顯示)用的能量纜線及用以將電流感測器21、22連接至電流偵測部23的導線係容納於(連線)後部中。
又，矩形面板7係連接至主體1之前表面的下部。又，在前部中介於蓋件5與矩形面板7之間的主體1內，沿著垂直方向設置了五個彼此相鄰的空間(容納空間)以分別容納充電單元10與控制單元20。
充電單元10將開啟/關閉部13、充電控制部14與通訊部15容納在外殼10A中，外殼10A係以金屬板所形成並呈現矩類似盒子的形狀。開啟/關閉部13係連接至經由入口10B所導入之充電用線12的電源線12A，入口10B係設置在充電單元10的前表面中。充電控制部14係連接至信號線12B。然而在圖2中，並未顯示各個充電單元10的充電用線12。
又，控制單元20將電流偵測部23、充電電流調節部24與通訊部25容納在金屬外殼20A中，金屬外殼20A具有實質上與充電單元10之外殼10A相同的尺寸與形狀。
以上述方式配置的充電單元10與控制單元20從主體1的前側插入至主體1的容納空間中，並藉著將充電單元10與控制單元20的外殼10A、20A以螺絲鎖入連接板而將充電單元10與控制單元20固定至主體1。在主體1中，以上述方式沿著垂直方向相鄰配置具有相同尺寸的五個容納空間。在圖2中，控制單元20被容納在頂部的容納空間中。充電單元10分別被容納在第二至第五個容納空間中。應注意，被容納於主體1中的充電單元10的數目並不限於四個，若有必要，在主體1的容納空間中可容納一至四個充電單元10。又，被包含於控制單元20中的電流偵測部23、 充電電流調節部24與通訊部25可與主斷路器110及分支斷路器111一起被容納於分配板盒(未顯示)中。
又，以可分離的方式支撐充電連接器11的兩個支撐件6係沿著垂直方向設置在左側板2與右側板3之每一者上。每一支撐件6具有圓柱體60與凸緣61，圓柱體60的一端開放，而凸緣61係沿著圓柱體60的開放端設置。充電連接器11的前端部被插入圓柱體60中並受到圓柱體60的支撐。充電用線12沿著圓柱體60的外緣纏繞並受到其支撐。
同時，對電動摩托車充電通常需要具有約十或數十安培的大量充電電流。在一般的住宅或辦公室中，主斷路器110(當設有限制器時，為限制器與主斷路器110)的額定電流被設定為約30至80安培。因此，若對複數電動摩托車充電同時又使用作為負載的電器時，例如當另一充電單元10加入開始充電的行列時，便會有主電流超過額定電流而使主斷路器110或限制器跳掉的問題。
因此，當流過主斷路器110的主電流超過其電流能力(主斷路器110的額定電流)時，控制單元20的充電電流調節部24會讓通訊部25傳輸指令(調節指令)，此調節指令會使充電電流上限值低於目前數值。
充電電流調節部24藉由電流偵測部23所偵測到的充電電流值來檢查每一充電單元10是否是處於充電模式。獲得處於充電模式下之充電單元10的數目M，並且計算非充電單元10之負載所消耗之負載電流的總和。最後，充電電流調節部24藉著將主斷路器110之電流能力與負載電流總和之差值除以數目M而計算出一值。又，充電電流調節部24判斷決定充電電流上限值俾使其不超過計算出的值(=(主斷路器110的電流能力-負載電流總和)/M)。換言之，將會調節所有充電模式下的充電單元10以使其具有相同上限值。
例如，假設當三個充電單元10處於充電模式並具有20 A上限值時，另一充電單元10加入開始充電的行列，則主斷路器的電流應該會超過其電流能力。當電流能力為60 A且負載電流總和 為0 A時，充電電流調節部24決定上限值(調節後)為不大於15 A(藉著將60 A除以4所獲得)的電流值例如是13 A。接著，充電電流調節部24讓通訊部25傳輸調節指令至四個充電單元10，此指令將上限值設定為13 A。
在充電單元10中，通訊部15接收來自控制單元20的調節指令並將其傳輸至充電控制部14。充電控制部14接收來自充電電流調節部24的調節指令並將領航信號的佔空比改變為對應至調節指令所指示之上限值的新佔空比。
電動摩托車的充電ECU基於調節過的上限值重置充電電流的新電流值並將充電指令輸出至電池充電器。已接收到充電指令的電池充電器對儲存電池充電並同時調節其充電電流俾使其不超過充電ECU所設定的新電流值。因此，供應至每一電動摩托車的充電電流受到降低，藉此避免主斷路器110的主電流超過其額定電流。換言之，根據本實施例的充電裝置，可同時對複數電動車輛(電動摩托車)充電並同時抑制電源對非電動車輛之家電(照明裝置、空調裝置等)的影響。
然而，當完成某些充電單元10之充電時，充電電流調節部24亦可根據處於充電模式下之充電單元10的數目來增加充電電流上限值。
同時，在充電電流調節部24調節充電電流上限值的情況下，複數充電單元10的所有上限值毋需相同。例如，由於電動摩托車的電池充電器的規格，充電電流上限值可不同而被設定為低於6 A。在此情況下，充電電流調節部24較佳地對充電模式下的至少一充電單元10停止充電(將上限值設定為0 A)。換言之，可減少同時進行充電之充電單元10的數目。因此，對於持續受到充電的充電單元10而言，其充電電流的上限值可被設定為6 A或更高。現在，充電電流調節部24每經過一段預定時間便替換充電動作被停止的充電單元10。
或者，在將優先順序分配予複數充電單元10的情況下，較佳地將具有較高優先順序之充電單元10的上限值設定得較高。換 言之，當主斷路器之主電流超過三個充電單元10之充電模式下的電流能力時，除了具有最高優先順序的充電單元10不調節外，充電電流調節部24會降低具有最高優先順序的充電單元10外之剩下兩個充電單元10的上限值。對於具有最高優先順序的充電單元10而言，充電電流調節部24不會改變其上限值。在此方式下，利用特定充電單元10(具有最高優先順序的充電單元10)來充電之電動摩托車的充電時間會比利用其他充電單元10來充電之其他電動摩托車的充電時間來得更短。
同時，如圖4中所示，可在充電單元10中的任何一者中提供通訊控制部16而非通訊部15，所有其他的充電單元10皆不會提供通訊部15與通訊控制部16。通訊控制部16將自控制單元20所接收到的調節指令(上限值的資訊)傳輸至所有其他充電單元10的各別充電控制部14。這可消除在所有其他充電單元10中提供通訊部15的必要性，藉此降低充電單元10的製造成本。
(第二實施例)
本實施例的特徵在於，如圖5中所示，一充電單元10’包含複數充電用線12與複數充電連接器11(所示的實例中有二)。應注意，基本上本實施例具有與第一實施例相同的配置，因此相同的參考標號被指定為第一實施例中的相同元件，將會省略冗餘之圖示與其敘述。
如圖5中所示，本實施例的充電單元10’除了兩條充電用線12及兩個充電連接器11外，尚包含兩開啟/關閉部13A、13B、兩個充電控制部14A、14B、兩個斷路器17A、17B、電流偵測部18、兩個電流感測器18A、18B及充電電流調節部19。兩個斷路器17A、17B係例如由漏電斷路器所構成，其主要側係連接至分配板中之分支斷路器111的次要側並與其結合。充電用線12的電源線12A係分別藉由開啟/關閉部13A與13B而連接至斷路器17A與17B的次要側。
電流偵測部18利用電流感測器18A、18B來偵測分別自各個斷路器17A、17B供應至每一充電用線12之充電電流的強度(電 流值)。與控制單元20之通訊部25進行通訊的通訊部15接收傳輸自控制單元20之通訊部25的調節指令並將其傳輸至充電電流調節部19。主要由微電腦所構成的充電電流調節部19命令各個充電控制部14A、14B去調節充電電流上限值，俾使電流偵測部18所偵測到的兩充電電流的總和不會超過自通訊部15所接收之調節指令所指示的上限值。
當主斷路器110的主電流超過其電流能力時，類似於第一實施例，控制單元20的充電電流調節部24會決定充電單元10’中的充電電流上限值並傳輸來自通訊部25的調節指令。
在充電單元10’中，通訊部15接收自控制單元20所傳輸的調節指令並將其傳輸至充電電流調節部19。充電電流調節部19從電流偵測部18所偵測到的充電電流值來檢查兩充電控制部14A、14B是否是處於充電模式下。當兩充電控制部14A、14B係處於充電模式下，充電電流調節部19命令充電控制部14A、14B兩者將其上限值調節成控制單元20之充電電流調節部24所指示之上限值的一半。又，當充電控制部14A、14B中的任何一者係處於模電模式下時，充電電流調節部19命令充電模式下的充電控制部14A(或14B)將其上限值調節成控制單元20之充電電流調節部24所指示的上限值。
已接收到來自充電電流調節部19之調節指令的充電控制部14A、14B會將其領航信號的佔空比改變為對應至調節指令所指示之上限值的新佔空比。因此，降低了供應至每一電動摩托車的充電電流，藉此避免主斷路器110的主電流超過其額定電流。
應注意，在將複數充電裝置安裝在一建築物中的情況下，只有一充電裝置包含控制單元20而其他充電裝置僅包含充電單元10或10’，且控制單元20可控制所有其他充電裝置的充電單元10或10’。
雖然已針對實施例顯示並說明本發明，但熟知此項技藝者應瞭解，在不脫離下列申請專利範圍所定義之發明範疇的情況下，可對本發明進行各種變化與修改。
1‧‧‧主體
2‧‧‧左側板
3‧‧‧右側板
5‧‧‧蓋件
6‧‧‧支撐件
7‧‧‧矩形面板
10‧‧‧充電單元
10’‧‧‧充電單元
10A‧‧‧外殼
10B‧‧‧入口
11‧‧‧充電連接器
12‧‧‧充電用線
12A‧‧‧電源線
12B‧‧‧信號線
13‧‧‧開啟/關閉部
13A‧‧‧開啟/關閉部
13B‧‧‧開啟/關閉部
14‧‧‧充電控制部
14A‧‧‧充電控制部
14B‧‧‧充電控制部
15‧‧‧通訊部
16‧‧‧通訊控制部
17A‧‧‧斷路器
17B‧‧‧斷路器
18‧‧‧電流偵測部
18A‧‧‧電流感測器
18B‧‧‧電流感測器
19‧‧‧充電電流調節部
20‧‧‧控制單元
20A‧‧‧外殼
21‧‧‧電流感測器
22‧‧‧電流感測器
23‧‧‧電流偵測部
24‧‧‧充電電流調節部
25‧‧‧通訊部
60‧‧‧圓柱體
61‧‧‧凸緣
100‧‧‧電源系統
110‧‧‧主斷路器
111‧‧‧支斷路器
參考附圖及下列之實施例說明，當能瞭解本發明之目的與特徵：圖1之方塊圖顯示根據本發明之電動車輛用之充電裝置的第一實施例；圖2為圖1中所示之充電裝置的前視圖；圖3之時序圖解譯了圖1中所示之充電裝置的操作；圖4之方塊圖顯示圖1中所示之充電裝置的修改實施例；及圖5之方塊圖顯示根據本發明之電動車輛用之充電裝置的第二實施例。
10‧‧‧充電單元
11‧‧‧充電連接器
12‧‧‧充電用線
12A‧‧‧電源線
12B‧‧‧信號線
13‧‧‧開啟/關閉部
14‧‧‧充電控制部
15‧‧‧通訊部
20‧‧‧控制單元
21‧‧‧電流感測器
22‧‧‧電流感測器
23‧‧‧電流偵測部
24‧‧‧充電電流調節部
25‧‧‧通訊部
100‧‧‧電源系統
110‧‧‧主斷路器
111‧‧‧支斷路器

Claims (7)

  1. 一種電動車輛用之充電裝置，包含：複數充電單元，分別介於一斷路器與複數電動車輛之間以對每一該電動車輛指示充電電流之上限值；電流偵測單元，用以偵測流過該斷路器的電流；調節單元，用以調節每一該充電單元中的該充電電流上限值俾使該電流偵測單元所偵測到的電流不會超過該斷路器的額定電流；及主體，用以容納該充電單元，其中每一該充電單元包含用以連接至該電動車輛的充電用線以及用以藉由該充電用線而將信號傳輸至該電動車輛的傳輸部；及其中該調節單元使該傳輸部將該調節單元所調節過的該上限值的資訊傳輸至該電動車輛。
  2. 如申請專利範圍第1項之電動車輛用之充電裝置，其中該調節單元將各個該充電單元中的該上限值調整成彼此相同，俾使該電流偵測單元所偵測到的該電流不會超過該斷路器的額定電流。
  3. 如申請專利範圍第1項之電動車輛用之充電裝置，其中該調節單元將該充電單元中之該上限值的至少一者調整成與其他上限值不同，俾使該電流偵測單元所偵測到的該電流不會超過該斷路器的額定電流。
  4. 如申請專利範圍第3項之電動車輛用之充電裝置，其中該調節單元將該充電單元中之該上限值的至少一者調整成零。
  5. 如申請專利範圍第3或4項之電動車輛用之充電裝置，其中將優先順序分配予該複數充電單元；及 其中該調節單元將具有較高優先順序之該充電單元中的該上限值調成相對較高。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任何一項之電動車輛用之充電裝置，其中該充電單元的任何一者設有一控制部；及其中該控制部使所有其他該充電單元中所包含之該傳輸部將自該調節單元所接收到的該上限值的資訊傳輸至各個該電動車輛。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任何一項之電動車輛用之充電裝置，其中該調節單元係與該複數充電單元一起被容納於該主體中。
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