TWI514716B - 過電流檢測裝置、利用該過電流檢測裝置之充放電系統、配電盤、充電控制裝置、車輛用充放電裝置、車輛用電氣設備 - Google Patents

過電流檢測裝置、利用該過電流檢測裝置之充放電系統、配電盤、充電控制裝置、車輛用充放電裝置、車輛用電氣設備 Download PDF

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Description

過電流檢測裝置、利用該過電流檢測裝置之充放電系統、配電盤、充電控制裝置、車輛用充放電裝置、車輛用電氣設備
本發明係關於一種過電流檢測裝置，其檢測在蓄電池充電與從蓄電池對負載放電之過程中的過電流，並提供一種使用該過電流檢測裝置之充放電系統、配電盤、充電控制裝置、車輛用充放電裝置、車輛用電氣設備。
以往，為了對電動車(包含插電式混合動力車，以下相同)充電，使用「透過充電連接器將交流電系統與電動車連接，而對電動車充電」的充電裝置(參照例如，日本專利公開號2010-110055(以下稱「文獻1」)所記載的控制盒)。文獻1記載的充電裝置，具有：檢測漏電的發生而切斷電路的功能(漏電切斷功能)。另外，亦有因為充電連接器的故障(短路故障)等原因而導致流過太大電流時，在充電裝置中設置切斷電路的功能(過電流切斷功能)者。具體而言，將充電電流的檢測值與既定的臨界值比較，在檢測值超過臨界值時，使繼電器接點斷開，以切斷電路。
此外，近年來，下述技術已逐漸實用化：將電動車所搭載的蓄電池(車載電池)之電力取出，以將其供給至住宅內的負載(電氣製品等)，即所謂的V2H(Vehicle-to-Home)。此情況中，在充電時，為了縮短充電時間，必須流過相對大的電流，相對於此，在放電時，不需要流過如充電時那麼大的電流。因此，若將用於檢測過電流的臨界值，設為大於正常充電電流之檢測值，則有可能在放電時無法達成適當的過電流保護。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種過電流檢測裝置，在充電時與放電時，均進行適當的過電流檢測，並提供一種使用該過電流檢測裝置之充放電系統、配電盤、充電控制裝置、車輛用充放電裝置、車輛用電氣設備。
本發明的過電流檢測裝置，其特徵為包含：第1量測部，量測從電源供給至車輛所搭載之蓄電池的充電電流大小，以作為第1量測值；第2量測部，量測從該蓄電池對該車輛外之負載放電的放電電流大小，以作為第2量測值；判斷部，比較該第1量測值與第1臨界值，且比較該第2量測值與第2臨界值，在該第1量測值為該第1臨界值以上時，判斷有異常的情況；在該第2量測值為該第2臨界值以上時，判斷有異常的情況；該第1臨界值與該第2臨界值係設定為不同值。
該過電流檢測裝置中，宜將該第1臨界值設為高於該第2臨界值。
該過電流檢測裝置中，更具備切斷部，其切斷該充電電流及該放電電流所流過的電路；該切斷部，宜在該判斷部判斷有異常情況時，切斷該電路。
該過電流檢測裝置中，該判斷部宜以下述構件所構成：第1判斷部，比較該第1量測值與該第1臨界值，判斷是否異常；第2判斷部，比較該第2量測值與該第2臨界值，判斷是否異常。
該過電流檢測裝置中，宜具備電流抑制部，其在該蓄電池充電時，使該充電電流流過該第1量測部，而不使該充電電流流過該第2量測部，且在從該蓄電池放電時，使該放電電流流過該第2量測部，而不使該放電電流流過該第1量測部。
該過電流檢測裝置中，該電流抑制部宜具備：第1整流元件，與該第1量測部串聯連接；第2整流元件，與該第2量測部串聯連接；「該第1量測部和該第1整流元件的串聯電路」與「該第2量測部和該第2整流元件的串聯電路」係並聯連接。
該過電流檢測裝置中，該電流抑制部宜具備：第1開關，與該第1量測部串聯連接；第2開關，與該第2量測部串聯連接；「該第1量測部和該第1開關的串聯電路」與「該第2量測部和該第2開關的串聯電路」係並聯連接。
本發明的充放電系統，其特徵為包含：上述任一過電流檢測裝置；及充放電控制裝置，調整該充電電流及該放電電流。
本發明的配電盤，其特徵為包含：上述任一過電流檢測裝置；主幹切換器，其一次側與該電源連接；及一至多個分支切換器，其與該主幹切換器的二次側連接。
本發明的充電控制裝置，其特徵為包含：上述任一過電流檢測裝置；及纜線，供該充電電流及該放電電流流過。
本發明的車輛用充放電裝置，其特徵為包含：上述任一過電流檢測裝置；纜線，供該充電電流及該放電電流流過；及殼體，收納該過電流檢測裝置，與該車輛連接。
本發明的車輛用電氣設備，其特徵為包含上述任一過電流檢測裝置，搭載於該車輛。
本發明的過電流檢測裝置、利用該過電流檢測裝置之充放電系統、配電盤、充電控制裝置、車輛用充放電裝置、車輛用電氣設備中，因為將「充電電流所對應的第1臨界值」與「放電電流所對應的第2臨界值」設為不同值，故具有「可在充電與放電時，均進行適當的過電流檢測」的效果。
以下，參照圖式詳細說明本發明之過電流檢測裝置及充放電系統的實施態樣。又，本實施態樣中，雖例示電動車以作為搭載蓄電池的車輛，但亦可為電動車以外的車種。
本實施態樣的充放電系統，具有連接器1、纜線2及充放電控制裝置3。充放電控制裝置3，透過配電盤(例如，住宅用配電盤)6與商用的電力系統5連接，同時，透過配電盤6與負載(例如，住宅內的電氣設備等)7連接，更進一步，透過纜線2及連接器1與電動車4連接。
電動車4，具備：推進動力用蓄電池(車載電池)40；以自由裝卸的方式與連接器1連接的引入線(圖中未顯示)；進行車載電池40之充電及放電的充放電器41等。充放電器41，具備例如，雙向型的AC/DC轉換器。充放電器41，將從充放電控制裝置3所供給的交流電力轉換為直流電力，以對車載電池40進行充電；且將從車載電池40放電的直流電力轉換為交流電力，輸出至充放電控制裝置3。
充放電控制裝置3，具有：電力轉換部30、漏電切斷裝置31等。電力轉換部30，係由例如，絕緣變壓器與雙向絕緣型AC/AC轉換器所構成，其將電力系統側(從電力轉換部30觀察為配電盤6側)與非電力系統側(從電力轉換部30觀察為電動車4側)絕緣，且雙向地供給交流電力。
漏電切斷裝置31，比較「從電力轉換部30的非電力系統側之一端子輸出的電流」與「回到電力轉換部30的非電力系統側之另一端子的電流」，在其差值超過既定臨界值的情況，判斷產生漏電，進而切斷電路。
纜線2，係由：供電流(充電電流及放電電流)流過的一對供電線20、21；圖中未顯示的接地線；及絕緣性護套所披覆的多芯電纜，所構成。纜線2的一端與充放電控制裝置3(漏電切斷裝置31)連接，纜線2的另一端設有連接器1。連接器1，係以自由裝卸的方式與電動車4的引入線(插座連接器)連接的插頭連接器。
連接器1，係以將第1量測部10、第2量測部11、判斷部12、切斷部13以及電流抑制部8(第1開關14及第2開關15)等收納於殼體(圖中未顯示)的方式所構成。第1量測部10，量測供給至車載電池40的充電電流大小，以作為第1量測值。第2量測部11，量測從車載電池40放電的放電電流大小，以作為第2量測值。又，第1量測部10、第2量測部11、判斷部12、切斷部13以及電流抑制部8構成過電流檢測裝置。
第1量測部10，透過第1開關14，插入供電路徑18與供電路徑19之中的供電路徑18(與供電線20導通的路徑)。第2量測部11，透過第2開關15，與第1量測部10並聯地插入供電路徑18。第1量測部10及第2量測部11，具有相同的電路構成，其量測例如，插入供電路徑18之檢測電阻兩端的電壓(絕對值)，或是使用電流感測器，直接量測流過供電路徑18的電流大小(絕對值)。接著，第1量測部10及第2量測部11，分別將量測值所對應的直流電壓信號輸出至判斷部12。
第1開關14與第2開關15，係以例如，操作設於殼體的操作構件(圖中未顯示)，而能夠切換ON/OFF的方式所構成。亦即，若將操作構件從放電位置改至充電位置，則第1開關14成為ON的狀態，第2開關15成為OFF的狀態；若將操作構件從充電位置改至放電位置，則第1開關14成為OFF的狀態，第2開關15則成為ON的狀態。 然而，充放電控制裝置3亦可以遠端操作的方式切換第1開關14與第2開關15。
切斷部13，係由分別插入兩個供電路徑18、19的一對接點13a、13b所構成，其係以藉由使接點13a、13b斷開而切斷供電路徑18、19的方式所構成。
判斷部12，例如，如圖2所示，係由下述構件所構成：第1及第2比較器120、121；OR閘122，計算第1及第2比較器120、121之輸出的邏輯和；以及驅動電路123，對應OR閘122的輸出而驅動切斷部13。第1比較器120，比較第1量測值(直流電壓信號位準)與第1臨界值Vf1，在第1量測值小於第1臨界值Vf1時，使輸出成為低位準，在第1量測值為第1臨界值Vf1以上時，使輸出成為高位準。第2比較器121，比較第2量測值(直流電壓信號位準)與第2臨界值Vf2，在第2量測值小於第2臨界值Vf2時，使輸出成為低位準，在第2量測值為第2臨界值Vf2以上時，使輸出成為高位準。亦即，本實施態樣中，第1比較器120相當於第1判斷部，第2比較器121相當於第2判斷部。其中，第1及第2比較器120、121各別的＋輸入端子與積分器連接，以期將「積分器積分後的直流電壓信號位準」與「第1或是第2臨界值Vf1、Vf2」進行比較。
OR閘122，在第1及第2比較器120、121中的至少一方的輸出為高位準時，使輸出成為高位準，在第1及第2比較器120、121雙方的輸出均為低位準時，使輸出成為低位準。驅動電路123係以下述方式所構成：在OR閘122的輸出為低位準時，驅動切斷部13，使一對接點13a、13b接通，在OR閘122的輸出為高位準時，停止切斷部13的驅動，使一對接點13a、13b斷開。
接著，說明本實施態樣的動作。 首先，說明對於電動車4進行充電的情況。在對電動車4進行充電的情況，從電力系統5所供給的交流電力，從電力轉換部30透過纜線2及連接器1而供給至電動車4，藉由電動車4所搭載的充放電器41，將車載電池40充電。此時，因為第1開關14成為ON的狀態，且第2開關15成為OFF的狀態，故第1量測部10輸出與充電電流大小對應的直流電壓信號(第1量測值)，而第2量測部11的直流電壓信號(第2量測值)保持在零伏特。
若電動車4的充電過程，持續流過太大的電流，則判斷部12的第1比較器120的輸出從低位準上升至高位準。接著，因為OR閘122的輸出，亦從低位準上升至高位準，故驅動電路123停止切斷部13的驅動，使接點13a、13b斷開。結果，切斷部13將供電路徑18、19切斷，停止對於電動車4供給充電電流。
另一方面，從電動車4放電的情況，從車載電池40放電的直流電力因充放電器41而被轉換為交流電力，透過連接器1及纜線2，被輸入至電力轉換部30，由電力轉換部30進行電力轉換之後，透過配電盤6，供給至負載7。此時，因為第1開關14成為OFF，且第2開關15成為ON，故第1量測部10的直流電壓信號(第1量測值)保持在零伏特，第2量測部11則輸出與放電電流大小對應的直流電壓信號(第2量測值)。
若電動車4的放電過程，持續流過太大的電流，則判斷部12的第2比較器121的輸出從低位準上升至高位準。接著，因為OR閘122的輸出亦從低位準上升至高位準，故驅動電路123停止切斷部13的驅動，使接點13a、13b斷開。結果，切斷部13切斷供電路徑18、19，停止從電動車4供給放電電流。
此外，為了縮短車載電池40的充電時間，故充電電流宜為相對大的電流。相對於此，為了延長對負載7的供電時間，放電電流大小宜為小於充電電流。因此，本實施態樣中的判斷部12，將充電電流所對應的第1臨界值Vf1，設為高(大)於放電電流所對應的第2臨界值Vf2。
因為在上述之判斷部12中，將「和充電電流之量測值比較的第1臨界值Vf1」，與「和放電電流之量測值比較的第2臨界值Vf2」設為不同值，故可在充電與放電時，均進行適當的過電流檢測。另外，因為將充電電流所對應的第1臨界值Vf1，設為高(大)於放電電流所對應的第2臨界值Vf2，故可謀求充電時間的縮短，放電時間的延長，以及抑制放電時車載電池40的劣化。
此外，本實施態樣的充放電系統中，例示在充放電控制裝置3與電動車4之間傳遞交流電力的構成。然而，本實施態樣的充放電系統，並不限於此構成，亦可為在充放電控制裝置3與電動車4之間傳遞直流電力的構成。亦即，只要係以雙向的AC/DC轉換器構成充放電控制裝置3的電力轉換部30，而電動車4的充放電器41以從電力轉換部30輸出的直流電力對車載電池40進行充電，且將從車載電池40放電的直流電力輸出至充放電控制裝置3即可。此情況中，可使用具備第1整流元件(二極體)16及第2整流元件(二極體)17的電流抑制部8A，代替具備第1開關14及第2開關15的電流抑制部8(參照圖3)。
另外，本實施態樣中，雖例示將過電流檢測裝置收納於連接器1之殼體的情況，但不僅是連接器1的殼體，將過電流檢測裝置收納在設於纜線2中的殼體亦可。或是，將過電流檢測裝置與主幹切換器及分支切換器一起收納於配電盤6的盒體中亦可，裝設於充放電控制裝置3中亦可。或是，亦可將過電流檢測裝置搭載於電動車4。
如以上所說明，本實施態樣的過電流檢測裝置，具備：第1量測部10、第2量測部11及判斷部12。第1量測部10，量測從電源(電力系統5)供給至車輛所搭載的蓄電池(車載電池40)之充電電流大小，以作為第1量測值。第2量測部11，量測從蓄電池(車載電池40)對車輛外的負載7放電之放電電流大小，以作為第2量測值。判斷部12，比較第1量測值與第1臨界值Vf1，且比較第2量測值與第2臨界值Vf2，在第1量測值為第1臨界值Vf1以上時，判斷有異常；在第2量測值為第2臨界值Vf2以上時，判斷有異常。第1臨界值Vf1與第2臨界值Vf2係設定為不同值。
該過電流檢測裝置中，宜將第1臨界值Vf1設為高於第2臨界值Vf2。 該過電流檢測裝置中，宜具備：切斷充電電流及放電電流流過之電路的切斷部13；切斷部13，在判斷部12判斷有異常時，切斷電路。
該過電流檢測裝置中，判斷部12，宜以第1判斷部(第1比較器120)及第2判斷部(第2比較器121)所構成。此情況中，第1判斷部，將第1量測值與第1臨界值Vf1比較，以判斷是否異常；第2判斷部，將第2量測值與第2臨界值Vf2比較，以判斷是否異常。
該過電流檢測裝置中，宜具備：電流抑制部8(或電流抑制部8A)，其在蓄電池充電時，使充電電流流過第1量測部10，而不使充電電流流過第2量測部11；且在從蓄電池放電時，使放電電流流過第2量測部11，而不使放電電流流過第1量測部10。
該過電流檢測裝置中，電流抑制部8A，宜具備：與第1量測部10串聯連接的第1整流元件16；及與第2量測部11串聯連接的第2整流元件17。此情況中，「第1量測部10和第1整流元件16的串聯電路」與「第2量測部11和第2整流元件17的串聯電路」係並聯連接。
該過電流檢測裝置中，電流抑制部8宜具備：與第1量測部10串聯連接的第1開關14；以及與第2量測部11串聯連接的第2開關15。此情況中，「第1量測部10和第1開關14的串聯電路」與「第2量測部11和第2開關15的串聯電路」係並聯連接。
本實施態樣的充放電系統中，具有：上述任一項的過電流檢測裝置；以及調整充電電流及放電電流的充放電控制裝置。
本實施態樣的配電盤，具有：上述任一項的過電流檢測裝置；一次側與電源(電力系統5)連接的主幹切換器；以及與主幹切換器的二次側連接的一至多個分支切換器。
本實施態樣的充放電控制裝置，具備：上述任一項的過電流檢測裝置；以及供充電電流及放電電流流過的纜線。
本實施態樣的車輛用充放電裝置，具備：上述任一項的過電流檢測裝置；供充電電流及放電電流流過的纜線；以及收納過電流檢測裝置且可與車輛連接的殼體。
本實施態樣的車輛用電氣設備，具備上述任一項的過電流檢測裝置，且搭載於車輛。
以上雖以若干較佳實施態樣記載本發明，但只要不脫離本發明的原意及範圍、即申請專利範圍，可由本領域中具有通常知識者進行各種修正及變更。
1‧‧‧連接器
2‧‧‧纜線
3‧‧‧充放電控制裝置
4‧‧‧電動車
5‧‧‧電力系統
6‧‧‧配電盤
7‧‧‧負載
8‧‧‧電流抑制部
8A‧‧‧電流抑制部
10‧‧‧第1量測部
11‧‧‧第2量測部
12‧‧‧判斷部
13‧‧‧切斷部
13a‧‧‧接點
13b‧‧‧接點
14‧‧‧第1開關
15‧‧‧第2開關
16‧‧‧第1整流元件
17‧‧‧第2整流元件
18‧‧‧供電路徑
19‧‧‧供電路徑
20‧‧‧供電線
21‧‧‧供電線
30‧‧‧電力轉換部
31‧‧‧漏電切斷裝置
40‧‧‧車載電池
41‧‧‧充放電器
120‧‧‧第1比較器
121‧‧‧第2比較器
122‧‧‧OR閘
123‧‧‧驅動電路
以下進一步詳述本發明之較佳實施態樣。本發明之其他特□以及優點，與以下的詳述及附圖相關，係用以更深入理解本發明者。
【圖1】係顯示本實施態樣中的充放電系統的方塊圖。 【圖2】係本實施態樣中的充放電系統所具備之過電流檢測裝置的判斷部的電路構成圖。 【圖3】係顯示本實施態樣中的其他充放電系統的方塊圖。
1‧‧‧連接器
2‧‧‧纜線
3‧‧‧充放電控制裝置
4‧‧‧電動車
5‧‧‧電力系統
6‧‧‧配電盤
7‧‧‧負載
8‧‧‧電流抑制部
10‧‧‧第1量測部
11‧‧‧第2量測部
12‧‧‧判斷部
13‧‧‧切斷部
13a‧‧‧接點
13b‧‧‧接點
14‧‧‧第1開關
15‧‧‧第2開關
18‧‧‧供電路徑
19‧‧‧供電路徑
20‧‧‧供電線
21‧‧‧供電線
30‧‧‧電力轉換部
31‧‧‧漏電切斷裝置
40‧‧‧車載電池
41‧‧‧充放電器

Claims (11)

  1. 一種過電流檢測裝置，其特徵為包含：第1量測部，量測從電源供給至車輛所搭載之蓄電池的充電電流大小，以作為第1量測值；第2量測部，量測從該蓄電池對該車輛外之負載放電的放電電流大小，以作為第2量測值；判斷部，比較該第1量測值與第1臨界值，且比較該第2量測值與第2臨界值，在該第1量測值為該第1臨界值以上時判斷有異常；在該第2量測值為該第2臨界值以上時判斷有異常；該第1臨界值與該第2臨界值係設定為不同值；且該過電流檢測裝置更包含電流抑制部，該電流抑制部係在對該蓄電池充電時，使該充電電流流過該第1量測部，而不使該充電電流流過該第2量測部；且在從該蓄電池放電時，使該放電電流流過該第2量測部，而不使該放電電流流過該第1量測部。
  2. 如申請專利範圍第1項之過電流檢測裝置，其中，將該第1臨界值設為高於該第2臨界值。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之過電流檢測裝置，其中更包含：切斷部，切斷該充電電流及該放電電流所流過的電路；該切斷部，在該判斷部判斷有異常時切斷該電路。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之過電流檢測裝置，其中， 該判斷部，係由第1判斷部與第2判斷部所構成；該第1判斷部，比較該第1量測值與該第1臨界值，以判斷是否異常；該第2判斷部，比較該第2量測值與該第2臨界值，以判斷是否異常。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之過電流檢測裝置，其中，該電流抑制部，具備：與該第1量測部串聯連接的第1整流元件；以及與該第2量測部串聯連接的第2整流元件；「該第1量測部和該第1整流元件的串聯電路」與「該第2量測部和該第2整流元件的串聯電路」係並聯連接。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之過電流檢測裝置，其中該電流抑制部，具備：與該第1量測部串聯連接的第1開關；以及與該第2量測部串聯連接的第2開關；「該第1量測部和該第1開關的串聯電路」與「該第2量測部和該第2開關的串聯電路」係並聯連接。
  7. 一種充放電系統，其特徵為包含：如申請專利範圍第1~6項中任一項之過電流檢測裝置；及充放電控制裝置，調整該充電電流及該放電電流。
  8. 一種配電盤，其特徵為包含：如申請專利範圍第1~6項任一項之過電流檢測裝置；主幹切換器，其一次側與該電源連接；及一至多個分支切換器，與該主幹切換器的二次側連接。
  9. 一種充放電控制裝置，其特徵為包含：如申請專利範圍第1~6項任一項之過電流檢測裝置；及纜線，供該充電電流及該放電電流流過。
  10. 一種車輛用充放電裝置，其特徵為包含：如申請專利範圍第1~6項任一項之過電流檢測裝置；纜線，供該充電電流及該放電電流流過；及殼體，收納該過電流檢測裝置，並與該車輛連接。
  11. 一種車輛用電氣設備，其特徵為包含如申請專利範圍第1~6項任一項之過電流檢測裝置，搭載於該車輛。
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