TW201410506A - 電動車輛的充電控制裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種：可使充電器的泛用化變得可能，並能簡化車輛與充電器間之連接的電動車輛的充電控制裝置。本發明在車體側設有：用來執行馬達(18)的驅動控制、及電池(4)的充電控制的PDU(45)；和將來自於充電器(10)的輸入電壓，降壓成電池(4)之充電電壓的第1轉換器(111)；及將第1轉換器(111)的輸出電壓，降壓成PDU(45)之驅動電壓的第2轉換器(112)。充電器(10)藉由充電連結器(13)而連接於電力供給裝置(11)。充電器(10)是藉由「施加於充電連結器(13)之識別電壓(identification voltage)的下降」，偵測充電連結器(13)已形成連接，並開始充電電壓的輸出。充電器(10)形成定電壓控制(constant voltage control)，在最大輸出電流以上時使輸出電壓下降。PDU(45)監視充電器(10)的輸出電壓，並控制充電電流使輸出電壓維持定電壓。

Description

電動車輛的充電控制裝置
本發明是關於電動車輛的充電控制裝置，特別是有關於：使「從電動車輛外部對電動車輛內的蓄電池(電池)進行充電」的充電器具有泛用性之適合的電動車輛的充電控制裝置。
用來從電動車輛外部對搭載於電動車輛的電池進行充電的充電器已為大眾所知悉。在專利文獻1中提出一種用來將具有充電電力產生部的充電器連接於電動車輛的充電連結器，該充電電力產生部含有：作為連接於AC插頭之功率因數改善迴路(power factor improving circuit)的PFC迴路、和連接於PFC迴路之輸出側的轉換器、及作為「用來控制轉換器的輸出之切換手段」的FET(Field-Effect Transistor；場效電晶體)。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-139572號公報
專利文獻1所記載的充電器，具有「可配合車載電池的性能而調整充電電壓和充電電流的功能」，可配合電池的性能而作為專用的充電器。因此，具有所謂：因為充電電壓或性能的差異防止充電器形成專用化並使其具有泛用性的課題。
相對於上述傳統技術的課題，本發明的目的是提供一種：使充電器的泛用化變得可能，並可簡化車輛與充電器間之連接的電動車輛的充電控制裝置。
用來達成前述目的的本發明，具有以下的第1特徵：在由含有「用來執行作為車輛用驅動源之馬達(18)的驅動控制、及所車載之電池(4)的充電控制」的PDU(45)的電力供給裝置(11)、及「被設在車外，藉由充電連結器(13)而連接於前述電力供給裝置(11)」的充電器(10)所形成的電動車輛的充電控制裝置中，前述充電器(10)具備控制部(103)，該控制部(103)含有：為了判定與前述電力供給裝置(11)之間的連接，而將形成電流限制的識別電壓施加於前述充電連結器(13)的識別電壓施加手段；及偵測出前述識別電壓 已下降至預定電壓以下的情形後，開始進行充電電壓之輸出的連接偵測手段(55)，在車體側具備：將從前述充電器(10)所輸入的電壓，降壓成適合前述電池充電之電壓的充電電壓產生用轉換器(111)；和將前述充電電壓產生用轉換器(111)的輸出電壓，降壓成前述PDU(45)之驅動電壓的控制電壓產生用轉換器(112)；及根據來自於前述PDU(45)的指令，將前述充電電壓產生用轉換器(111)的輸出連接於前述電池(4)的接觸器(8)。
此外，本發明的第2特徵在於：前述充電器(10)具備輸出迴路(102)，該輸出迴路(102)具有：在未達最大輸出電流的狀態下形成定電壓控制，當最大輸出電流以上時則使輸出電壓下降的下降特性。
此外，本發明的第3特徵在於：前述PDU(45)具備：用來監視來自於前述充電器(10)之輸出電壓的電壓監視手段、及用來控制前述充電電壓產生用轉換器(111)之充電電流的電流控制手段，前述電流控制手段構成：控制充電電流而使前述輸出電壓維持定電壓。
此外，本發明的第4特徵在於：前述PDU(45)具備：用來監視來自於前述充電器(10)之輸出電壓的電壓監視手段，在前述輸出電壓未落入預先設定之充電容許電壓範圍的場合中，禁止電池(4)的充電。
此外，本發明的第5特徵在於：前述PDU(45)具備：用來監視來自於前述充電器(10)之輸出電壓的電壓監視手段，在前述輸出電壓未落入預先設定之充 電容許電壓範圍的場合中，關閉(OFF)前述接觸器(8)，並禁止電池(4)的充電。
此外，本發明的第6特徵在於：前述PDU(45)具備：用來偵測前述電池(4)之滿充電(full charge)的手段，當偵測到滿充電時關閉(OFF)前述接觸器(8)，並輸出充電停止訊號通知前述充電器(10)側。
根據具有第1特徵的本發明，根據設於車外的充電器與車體側連接時的電壓下降，來偵測充電器對車體側的連接並開始充電電壓的施加，且只需將車體側的充電電壓產生用轉換器所施加的電壓，轉換成適合電池充電用的特定電壓並加以輸出即可，因此充電器本身，無關於車輛側專用之電池的充電電壓，具有所謂「可廣泛地對應於電池之充電電壓」的泛用性。
根據具有第2、3特徵的本發明，充電電壓產生用轉換器，可藉由所謂「增大電流直到供給電壓下降為止，只要供給電壓開始下降便降低電流」的簡單構造，而確保充電器的泛用性。
根據具有第4、5特徵的本發明，在「來自於充電器的輸出電壓」脫離「電池之充電容許電壓範圍」的場合中禁止充電，具體地說，由於禁止接觸器的驅動而使充電不會被執行，故可保護電池。
根據具有第6特徵的本發明，可藉由是否已滿充電，來判斷充電停止的時機。
1‧‧‧電動車輛
3‧‧‧車體框架
4‧‧‧主電池(電池)
7‧‧‧BMU(Battery Management Unit；電池管理單元)
8‧‧‧接觸器
10‧‧‧充電器
11‧‧‧電力供給裝置
13‧‧‧充電連結器(charging coupler)
18‧‧‧馬達
43‧‧‧插頭
44‧‧‧插座
45‧‧‧PDU(Power Drive Unit；動力驅動單元)
55‧‧‧連接偵測部
56‧‧‧充電停止偵測部
102‧‧‧PFC迴路(Power Factor Correction circuit)
103‧‧‧控制部
111‧‧‧第1DC/DC轉換器(充電電壓產生用轉換器)
112‧‧‧第2DC/DC轉換器(控制電壓產生用轉換器)
第1圖：是搭載著本發明其中一種實施形態之充電控制裝置的電動車輛的側視圖。
第2圖：是顯示本發明其中一種實施形態之充電控制裝置的構造的方塊圖。
第3圖：是顯示充電控制裝置之動作的流程圖。
第4圖：是顯示PDU之動作的流程圖。
第5圖：是顯示設於充電器之控制部的功能的圖。
以下，參考圖面說明本發明的其中一種實施形態。第1圖，是具備本發明其中一種實施形態之充電控制裝置的電動車輛的左側視圖。電動車輛1是具有低底板(low floor)的速克達型機車。車體框架3是由以下所形成：頭管31；和前端接合於頭管31，而後端朝下方延伸的前框架部分32；和從前框架部分32分別朝車體寬度方向左右分歧，並延伸至接近車體後方的一對主框架部分33；及從主框架部分33朝車體上後方延伸的後框架部分36。
用來支承前輪WF的前叉2，可自由轉向地由 頭管31所支承。在從前叉2延伸至上部且由頭管31所支承之轉向軸41的上部，連結著具有油門轉把的轉向把手46。
在頭管31的前部結合有托架37，在該托架37的前端部安裝有頭燈25，且在該頭燈25的上方，設有由托架37所支承的前載架26。
在主框架部分33與後框架部分36之間的中間領域，將朝向車體後方延伸的托架34接合於車體框架，且在托架34設有「延伸於車體寬度方向的樞軸35」。樞軸35，將具備「作為車輛驅動源的馬達18、及後輪車軸19」的搖臂17支承成可上下自由搖動。馬達18的輸出傳遞至後輪車軸19，而驅動被後輪車軸19所支承的後輪WR。用來支承後輪車軸19之殼體的後端與後框架部分36，是由後避震器20所連結。
在托架34設有停車時用來支承車體的側支架24，側支架24具有：當側支架24被收納於特定位置時，輸出偵測訊號的側支架開關28。
在主框架部分33，搭載著由複數個電池單體(battery cell)所形成之高電壓(譬如：額定72伏特)的主電池4，主電池4的上部是由蓋40所覆蓋。在主電池4的前部連接有空氣導入管38，在主電池4的後部則設有吸氣風扇39。藉由吸氣風扇39，從空氣導入管38將空氣導入至主電池4，所導入的空氣在冷卻主電池4後，被排出至車體後方。在空氣導入管38，透過圖面中未顯 示的空氣濾清器而導入空氣。
在後框架部分36上設有：可供「從對主電池4充電的充電器(後述)處延伸之充電纜線42的插頭43」結合的插座44。在後框架部分36設有，後載架29和尾燈27。
在左右的一對後框架部分36之間設有收納室50，在從收納室50朝下部突出的收納室底部51，收容著由主電池4所充電的低電壓(譬如：額定12伏特)的副電池5。在搖臂17設有：用來控制馬達18的動力驅動單元(PDU；Power drive unit)45。
在收納室50上設有：可兼作為收納室50的蓋使用的騎乘者坐墊21，在騎乘者坐墊21設有：當騎乘者就座時作動並輸出就座訊號的坐墊開關22。
第2圖，是顯示充電控制裝置之構造的方塊圖。充電控制裝置是由以下所形成：充電器10、和電動車輛1側的電力供給裝置11、及將充電器10與電力供給裝置11予以相互連接的充電連結器13。電力供給裝置11藉由PDU45控制供給至馬達18的電力，並且具有用來對電池4充電的迴路。充電連結器13，是由連接於充電器10側的插頭43、及車輛側的插座44所形成。充電器10與電力供給裝置11，是透過連結器13而連接於電力線PL1、PL2以及訊號線SL1。
充電器10具有：整流器101、和作為功率因數改善迴路的PFC迴路102、及控制部103。整流器101 具備濾波器迴路(filter circuit)及整流迴路，將經由AC插頭15所輸入之來自於商用交流電力系統的電壓整流成直流。PFC迴路102，是對「整流器101所輸入的直流(電)」予以升壓，並供給至車輛側之電力供給裝置11的輸出迴路。
具備微電腦的控制部103持續監視PFC迴路102的輸出電壓，並實施定電壓控制以避免超出設定電壓(譬如：400伏特)。在控制部103連接有充電開始/停止開關104。此外，控制部103具有以下的功能：根據用來表示「充電連結器13已連接的連接偵測訊號」而開始充電，並根據「從車輛側經由訊號線SL1所發送的充電停止訊號」而停止充電。
電動車輛1側的電力供給裝置11具有：具有電池管理單元(BMU)7的主電池(以下，簡稱為「電池」)4、和PDU45、和第1DC/DC轉換器111、及第2DC/DC轉換器112。第1DC/DC轉換器111，是將藉由電力線PL1、PL2所輸入的電壓(在此為400伏特)，降壓至電池4的充電電壓(72伏特)後輸出的充電電壓產生用轉換器。第1DC/DC轉換器111的輸出側，連接於電池4及第2DC/DC轉換器112。第2DC/DC轉換器112，是將第1DC/DC轉換器111所輸出之72伏特的直流，降壓至可作為PDU45等之控制電源使用的低電壓(譬如：直流12伏特)的控制電壓產生用轉換器。
PDU45具備微電腦，與BMU7之間是透過通 訊線CL1執行通訊(譬如，CAN通訊：Controller Area Network Communication)，而發送電池4的充電狀態(過充電情報等)、和對應於該狀態之電池4的控制資訊。而PDU45與充電器10的控制部103，是利用訊號線SL1形成連接。電池4的直流輸出電壓，是通過設於PDU45之圖面中未顯示的變頻器迴路(inverter circuit)，而轉變成3相交流電壓，並輸入作為車輛驅動源的馬達18(請參考第1圖)。在「被設於電池4的BMU7」與第1DC/DC轉換器111之間設有接觸器8。PDU45判斷接觸器8的ON/OFF條件，並將ON/OFF訊號輸入BMU7。BMU7對應於該ON/OFF訊號而對接觸器8執行開閉。在PDU45與BMU7之間，除了通信線CL1之外可設有輔助電力線APL。使用該輔助電力線APL，將來自於電池4的電力經由BMU7供給至PDU45。
參考第3圖的流程圖說明充電控制裝置的動作。第3圖一併顯示充電器10與電力供給裝置11的動作。在第3圖中，於步驟S1中，將AC插頭15連接於AC插座(商用電力系統的輸出部)，並把連接於控制部103的充電開始/停止開關104形成ON而啟動充電器10。一旦充電器10啟動，充電器10的控制部103便開始偵測充電連結器13的插頭43與插座44是否已形成連接(連接偵測)。如此一來，充電器10形成待機模式。在連接偵測中，是從充電器10的PFC迴路102，將對連接偵測用且施以電流限制的微弱電壓(以下，稱為「識別電 壓」)輸出至電力線PL1、PL2，控制部103在該識別電壓低於已預先設定的連接偵測閉值時，判斷連接偵測訊號呈低值(Low)。
在步驟S2中判斷連接偵測訊號是否為低值(Low)。一旦充電連結器13形成連接，將由於第1DC/DC轉換器111內的內部負荷使電力線PL1、PL2間的電壓下降，而下降至連接偵測閾值以下。因此，偵測該電壓的下降，而使連接偵測訊號從高值(High)轉變成低值。倘若連接偵測訊號呈現低值，則進入步驟S3，由控制部103對PFC迴路102輸入「輸出開始指令」，而使充電器10開始額定電壓(rated voltage)的輸出。PFC迴路102形成定電壓控制，一旦流通最大能力以上的電流，輸出電壓便急速下降。
在步驟S4中，第1DC/DC轉換器111形成動作而開始輸出。第1DC/DC轉換器111在「由充電器10供電的時間點」自動地啟動，將從PFC迴路102所輸入之400伏特的直流電壓轉換成72伏特的直流電壓後輸出。在步驟S5中，第2DC/DC轉換器112形成動作而開始輸出。換言之，第2DC/DC轉換器112，是將由第1DC/DC轉換器111所輸入之72伏特的直流電壓，轉換成適合作為PDU45之控制電壓的12伏特的直流電壓後輸出。
在步驟S6中，啟動PDU45。PDU45，一旦由第2DC/DC轉換器112輸入12伏特的控制電壓，並由該 控制電壓所啟動。
在步驟S7中，PDU45從BMU7讀取電池的狀態，並判斷電池4的溫度和電壓等是否為正常範圍。倘若電池4的狀態為正常範圍，便進入步驟S8，PDU45對MBU7輸入接觸器8的ON訊號，MBU7因應於該輸入而使接觸器8形成ON。一旦接觸器8形成ON，充電電流便從第1DC/DC轉換器111流至電池4。此外，PDU45具有「用來監視第1DC/DC轉換器111之輸入電壓」的監視手段，當輸入電壓未落入「被預定的上限值及下限值所限定」的充電容許電壓範圍內的場合中，使接觸器8形成OFF，而形成不執行充電。
在步驟S9中開始充電電流的控制。第1DC/DC轉換器111持續增大充電電流，一旦超過充電器10的最大能力，便使輸入電壓從400伏特下降，PDU45藉由「第1DC/DC轉換器111的輸入電壓開始下降」而偵測充電器10的最大輸出，進而結束「充電電流的增加」。藉由停止「充電電流的增加」，輸入電壓將再度上升，並再度開始「充電電流的增加」。根據這樣的控制，電池4能以最大的充電電流執行充電。
當在步驟S7中判定為否定時，則進入步驟S10並發送充電停止訊號。在步驟S11中，控制部103接收充電停止訊號並停止充電器10的輸出。一旦充電器10停止輸出，充電器10便進入待機模式。
第4圖是顯示PDU45之動作的流程圖。在步 驟S101，將充電電流指令值設定成初期值。在步驟S102中，判斷充電電流是否小於充電電流指令值。在充電電流小於充電電流指令值的場合中，進入步驟S103並對第1DC/DC轉換器111輸出「增加電流的指令」。在步驟S104中，判斷充電器10的輸出電壓是否已下降。
在步驟S105中，判斷充電是否已結束。當依據電池4的電壓而偵測到已滿充電時，便成為「已滿充電」的判斷結果。當步驟S105判斷已滿充電時，便進入步驟S106並對訊號線SL1輸出「充電停止訊號」。充電器10的控制部103，因應於該「充電停止訊號」而停止PFC迴路102的動作。
第5圖，是顯示含有「用來偵測充電器10與電力供給裝置11的連接狀態」之連接偵測部的充電控制裝置之重要部分功能的方塊圖。在第5圖中，是經由電流限制電阻R1而將識別電壓施加於PFC迴路102的輸出端子，被施加於該輸出端子的識別電壓，是由連接偵測部55所監視。一旦連結器13形成連接，由於電流流動至電力供給裝置11內的第1DC/DC轉換器111，因此識別電壓下降。連接偵測部55偵測該電壓的下降並辨識成「充電連結器13已連接」。
在車輛側的電力供給裝置11中，訊號線SL1是經由電晶體Tr而連接於電力線PL1，當充電結束之際，PDU45使該電晶體Tr形成ON。控制部103的充電停止偵測部56對訊號線SL1的電位進行監視，倘若根據 PDU45所輸入的充電停止訊號而使電晶體Tr形成ON時，則將訊號線SL1的電壓變更成特定值。充電停止偵測部56，偵測訊號線SL1的上述電壓變化並辨識成「充電停止訊號的輸入」，進而停止來自於PFC迴路102的輸出。
如以上所述，根據本實施形態的充電控制裝置，充電器10可依據「施加於充電連結器13之識別電壓的下降」來偵測充電連結器13的插頭43與插座44是否已連接，而開始充電。此外，由於充電器10的PFC迴路102輸出定電壓直到其輸出界限為止，因此在來自於充電器10的輸出電壓下降之前，PDU45可增加充電電流。據此，充電器10能以最大的輸出對電池4供給充電電流。
APL‧‧‧輔助電力線
CL1‧‧‧通信線
PL1、PL2‧‧‧電力線
SL1‧‧‧訊號線
4‧‧‧電池
7‧‧‧BMU(Battery Management Unit；電池管理單元)
8‧‧‧接觸器
10‧‧‧充電器
11‧‧‧電力供給裝置
13‧‧‧充電連結器
15‧‧‧AC插頭
43‧‧‧插頭
44‧‧‧插座
45‧‧‧PDU(Power Drive Unit；動力驅動單元)
101‧‧‧整流器
102‧‧‧PFC迴路(Power Factor Correction circuit)
103‧‧‧控制部
104‧‧‧充電開始/停止開關
111‧‧‧第1轉換器(第1DC/DC轉換器；充電電壓產生用轉換器
112‧‧‧第2轉換器(第2DC/DC轉換器；控制電壓產生用轉換器)

Claims (6)

  1. 一種電動車輛的充電控制裝置，是由電力供給裝置(11)與充電器(10)所形成的電動車輛的充電控制裝置，該電力供給裝置(11)含有：用來執行作為車輛用驅動源之馬達(18)的驅動控制、及所車載之電池(4)的充電控制的PDU(45)，該充電器(10)被設在車外，且藉由充電連結器(13)而連接於前述電力供給裝置(11)，其特徵為：前述充電器(10)具備控制部(103)，該控制部(103)含有：為了判定與前述電力供給裝置(11)之間的連接，而將受到電流限制的識別電壓施加於前述充電連結器(13)的識別電壓施加手段；及偵測出前述識別電壓已下降至預定電壓以下的情形後，開始進行充電電壓之輸出的連接偵測手段(55)，在車體側具備：充電電壓產生用轉換器(111)，該充電電壓產生用轉換器(111)將由前述充電器(10)所輸入的電壓，降壓成適合前述電池充電的電壓；和控制電壓產生用轉換器(112)，該控制電壓產生用轉換器(112)將前述充電電壓產生用轉換器(111)的輸出電壓，降壓成前述PDU(45)的驅動電壓；及接觸器(8)，該接觸器(8)根據來自於前述PDU(45)的指令，將前述充電電壓產生用轉換器(111)的 輸出連接於前述電池(4)。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之電動車輛的充電控制裝置，其中前述充電器(10)具備輸出迴路(102)，該輸出迴路(102)具有：在未滿最大輸出電流的狀態下形成定電壓控制，在最大輸出電流以上時，輸出電壓下降的下降特性。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載之電動車輛的充電控制裝置，其中前述PDU(45)具備：監視來自於前述充電器(10)之輸出電壓的電壓監視手段、及控制前述充電電壓產生用轉換器(111)之充電電流的電流控制手段，前述電流控制手段構成：控制充電電流而使前述輸出電壓維持定電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之電動車輛的充電控制裝置，其中前述PDU(45)具備：監視來自於前述充電器(10)之輸出電壓的電壓監視手段，在前述輸出電壓未落入預先設定之充電容許電壓範圍的場合中，禁止電池(4)的充電。
  5. 如申請專利範圍第4項所記載之電動車輛的充電控制裝置，其中前述PDU(45)具備：監視來自於前述充電器(10)之輸出電壓的電壓監視手段，在前述輸出電壓未落入預先設定之充電容許電壓範圍的場合中，使前述接觸器(8)形成OFF，並禁止電池(4)的充電。
  6. 如申請專利範圍第4項所記載之電動車輛的充電控 制裝置，其中前述PDU(45)具備：偵測前述電池(4)之滿充電的手段，當偵測到已滿充電時，使前述接觸器(8)形成OFF，並輸出充電停止訊號而通知前述充電器(10)側。
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