TWI754843B

TWI754843B - 電動車之充電設備

Info

Publication number: TWI754843B
Application number: TW108136943A
Authority: TW
Inventors: 羅自皓; 王明煌
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2022-02-11
Also published as: CN111284340B; CN111284340A; TW202021835A

Abstract

一種電動車之充電設備，包含電源插頭、充電槍、控制盒、溫度偵測電路及溫度保護電路。充電槍可拆卸地與電動車連接，並包含連接確認端子及連接確認電路。連接確認電路用以輸出連接確認信號至連接確認端子。連接確認信號包含至少第一電壓準位及第二電壓準位。控制盒包含第二控制單元。溫度偵測電路偵測電源插頭或控制盒的溫度，並於所偵測溫度超過預定溫度等級時輸出相應的溫度信號至第二控制單元。溫度保護電路電連接於第二控制單元與連接確認端子之間。當第二控制單元接收到相應的溫度信號時，溫度保護電路調整連接確認端子上的電壓準位。

Description

電動車之充電設備

本案係關於一種電動車之充電設備，尤指一種具有過溫保護功能之電動車之充電設備。

近來隨著環境意識的提升，如何發展出一種電力驅動的電動車，以取代傳統利用化石燃料驅動的交通工具，已漸漸成為汽車工業的重要目標。

再者，為了便利地提供電動車所需的電力，現已開發出可應用於使用商用交流電源之家庭或工作場所的電動車充電設備。以家用充電設備為例，當電動車的電池需要透過商用交流電源的電源插座進行充電時，電動車必須透過一充電設備以與商用交流電源進行連接。該充電設備包含可與商用交流電源的電源插座電連接的電源插頭，以及與電動車的汽車端插口電連接的充電槍。當電動車的電池進行充電時，充電設備的電源插頭係被插入家中的電源插座中。

然而，為了縮短充電時間，電動車時常需要經由充電設備接收大電流來進行充電，如此長時間充電下來將會導致充電設備的溫度逐漸升高。再者，若是電源插頭與商用交流電源的電源插座沒有確實連接，亦會導致異常發熱，進而造成漏電的現象。基於上述兩點問題，充電設備的溫度經常過高，而此高溫將造成充電設備容易損壞甚至是燒毀。

因此，如何提供一種具有過溫保護功能之電動車之充電設備，實為本領域迫切需要解決的問題。

本案之目的在於提供一種電動車之充電設備，該充電設備具有過溫保護功能，可在充電設備的電源插頭或是控制盒的溫度過高時通知電動車溫度異常，並停止或降低充電的電流，以避免溫度繼續上升而造成元件或電路的損壞。更且，該過溫保護功能之信號傳遞並不會影響電動車充電資訊之偵測與判斷，亦不需要增加額外的配線。

為達前述目的，本案提供一種電動車之充電設備，架構於對電動車進行充電。電動車包含第一控制單元。充電設備包含電源插頭、充電槍、控制盒、溫度偵測電路以及溫度保護電路。電源插頭係接收商用交流電源之交流電。充電槍係透過充電線而與電源插頭連接，且可拆卸地與電動車連接，並包含連接確認端子及連接確認電路。連接確認電路用以輸出連接確認信號至連接確認端子，其中於充電槍與電動車之間處於連接正常狀態時，連接確認信號具第一電壓準位，於充電槍與電動車之間處於連接異常狀態時，連接確認信號具第二電壓準位。控制盒連接於電源插頭與充電槍之間，架構於選擇性地傳送電源插頭所接收之交流電至充電槍，且包含第二控制單元。溫度偵測電路電連接第二控制單元，用以偵測電源插頭或控制盒的溫度，並於電源插頭或控制盒的溫度超過預定溫度等級時，輸出相應的溫度信號。溫度保護電路電連接於第二控制單元與連接確認端子之間，第二控制單元根據相應的溫度信號驅使該溫度保護電路調整連接確認端子上的電壓準位。

為達前述目的，本案更提供一種電動車之充電設備，架構於對電動車進行充電。電動車包含第一控制單元及第一無線傳輸模組，且第一控制單元與第一無線傳輸模組連接。充電設備包含電源插頭、充電槍、控制盒、溫度偵測電路以及溫度保護電路。電源插頭係接收商用交流電源之交流電。充電槍係透過充電線而與電源插頭連接，且可拆卸地與電動車連接。控制盒連接於電源插頭與充電槍之間，架構於選擇性地傳送電源插頭所接收之交流電至充電槍，且包含第二控制單元。溫度偵測電路電連接第二控制單元，用以偵測電源插頭或控制盒的溫度，並於電源插頭或控制盒的溫度超過預定溫度等級時，輸出相應的溫度信號。溫度保護電路電連接於第二控制單元，溫度保護電路包含第二無線傳輸模組，當第二控制單元接收到相應的溫度信號時，第二控制單元係驅動溫度保護電路之第二無線傳輸模組輸出無線信號至電動車之第一無線傳輸模組，而電動車之第一控制單元透過第一無線傳輸模組接收無線信號時，係執行保護機制。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用於限制本案。

於本文件中，用語「耦合」可被稱作「電耦合」，用語「連接」亦可被稱作「電連接」。所謂的「耦合」及「連接」可用以表示兩個或以上的元件係彼此相互協作或相互作用。可理解的是，雖然在本文件中用「第一」、「第二」等用語來描述各種元件，但此些元件並不受該些用語限制。該些用語僅是用來將一元件與另一元件區別。舉例而言，在不脫離實施例範圍的情況下，第一元件亦可被稱作第二元件，相同地，第二元件亦可被稱作第一元件。

第1圖係揭示本案第一實施例之電動車之充電設備之電路架構示意圖。第2圖係揭示第1圖所示之溫度保護電路之細部電路架構示意圖。如第1圖及第2圖所示，本實施例之充電設備1之規格均符合歐洲法規、美國法規及/或國際法規中的標準規範。充電設備1係可拆卸地連接於家裡的商用交流電源的電源插座(未圖示)與電動車9之間，其中，該電動車9包含車載充電單元90及第一控制單元91。車載充電單元90可包含例如但不限於電池及用以替電池充電的充電器。第一控制單元91係架構於控制電動車9充電運作。充電設備1係架構於由商用交流電源的電源插座接收交流電並對電動車9充電，且包含電源插頭2、控制盒4、充電線5以及充電槍6。其中，電源插頭2係可拆卸地插入商用交流電源的電源插座中，以接收商用交流電源之交流電。控制盒4係連接於電源插頭2與充電線5之間，且架構於選擇性地將電源插頭2所接收之交流電傳送至充電線5，控制盒4可通知第一控制單元91目前充電設備1的可供電能力，使第一控制單元91控制車載充電單元90的最大允許輸入電流，再者，控制盒4包含第二控制單元40，第二控制單元40係架構於對控制盒4之運作進行控制，第二控制單元40與電動車9的第一控制單元91可透過充電線5及充電槍6而相互溝通。

於本實施例中，充電線5係連接於控制盒4與充電槍6之間，且包含火線L、中線N及保護地線PE。火線L、中線N及保護地線PE皆個別包含第一端點及第二端點，其中，火線L、中線N及保護地線PE之第一端點係經由控制盒4而分別與電源插頭2連接，火線L、中線N及保護地線PE之第二端點則分別與充電槍6連接。

於本實施例中，充電槍6係經由控制盒4及充電線5而與電源插頭2相連接，且架構於使商用交流電源之交流電經由電源插頭2、控制盒4以及充電線5而傳送至電動車9。藉此，當充電槍6與電動車9連接時，充電槍6可對電動車9進行充電。充電槍6包含多個對應於電動車9之插口(未圖示)之端子，以使充電槍6與電動車9可相互電耦接。舉例而言，於第1圖所示之實施例中，充電槍6包含複數個充電端子L1、N1、接地端子PE1、控制導引端子CP以及連接確認端子CC。

當充電槍6與電動車9連接時，充電端子L1及N1係經由電動車9之插口上對應的端子而與電動車9的車載充電單元90電耦接，藉此對電動車9進行充電。另外，接地端子PE1可與充電設備1內之第一接地端(未圖示)及/或電動車9的第二接地端G電耦接。

充電槍6的連接確認端子CC係架構於與電動車9電耦接，並供電動車9的第一控制單元91感測充電槍6與電動車9之間為連接正常狀態(即指充電槍6被連接至電動車9之插口並正確地與其連接)或為連接異常狀態(即指充電槍6將被拔出而與電動車9之插口脫離或是未與電動車9之插口正確地連接)，以在必要時立即停止充電或關閉導電路徑，避免意外的發生。

控制導引端子CP係與控制盒4的第二控制單元40以及電動車9的第一控制單元91連接，控制導引端子CP係用以傳送充電槍6與電動車9之間的控制導引信號Vcp，以使控制盒4的第二控制單元40及電動車9的第一控制單元91得以根據控制導引信號Vcp的電壓準位及佔空比而偵測充電資訊，例如充電準備是否完成、目前充電設備1的可供電電流量以及充電程序是否完成。由於控制導引端子CP及控制導引信號Vcp的運作原理為本領域具通常知識者所熟知，故此處並不多加贅述。

於本實施例中，充電槍6更包含連接確認電路60，連接確認電路60係電耦接於連接確認端子CC及接地端子PE1之間，且用以輸出連接確認信號Vcc至電動車9的第一控制單元91，藉此確認充電槍6與電動車9之間的連接狀態。連接確認電路60包含複數個電阻單元及一開關單元S1，其中複數電阻單元包含例如第一電阻單元R1及第二電阻單元R2。第一電阻單元R1與開關單元S1係並聯電耦接，再與第二電組單元R2相串聯電耦接。開關單元S1可為常閉開關，即在常態下為導通而旁路第一電阻單元R1，使連接確認信號Vcc的電壓準位可維持第一電壓準位。當電動車9的第一控制單元91由連接確認端子CC接收到具有第一電壓準位的連接確認信號Vcc時，電動車9的第一控制單元91執行對應的控制程序。而當充電槍6欲脫離電動車9的插口，或是充電槍6未正確地與電動車9的插口連接，亦即為連接異常狀態時，開關單元S1係對應斷開，使得連接確認電路60的整體電阻值被改變，進而使連接確認信號Vcc的電壓準位被改變至第二電壓準位，其中，開關單元S1可例如根據機構固定件的分離而斷開。藉此，電動車9的第一控制單元91可在接收到具有第二電壓準位的連接確認信號Vcc時執行一保護機制。於本實施例中，該保護機制可例如但不限於通知控制盒4停止傳送交流電及/或降低電動車9的電流需求，促使控制盒4對電源插頭2所接收的交流電進行降額並輸出經降額的交流電，以確保使用者的安全性。

於本實施例中，充電設備1更包含溫度偵測電路3及溫度保護電路41，溫度保護電路41可置於控制盒4中或充電槍6中，此處圖示置於控制盒4中僅為一種示例。溫度偵測電路3可如第1圖所示設置於電源插頭2中，或是設置於控制盒4中(未圖示)。溫度偵測電路3係與第二控制單元40連接，且用以在充電設備1對電動車9進行充電時偵測電源插頭2或控制盒4的溫度。當電源插頭2或控制盒4的溫度超過一預定溫度等級，溫度偵測電路3對應輸出相應的溫度信號至第二控制單元40。

溫度保護電路41連接於控制盒4的第二控制單元40與連接確認端子CC之間，且包含開關電路410。該開關電路410係與電壓源Vs、第二控制單元40以及連接確認端子CC連接。其中，電壓源Vs的電壓準位可為與連接確認信號Vcc的第二電壓準位相等或相近的第三電壓準位，主要是相異於第一電壓準位。開關電路410係由第二控制單元40控制，以導通或關斷電壓源Vs與連接確認端子CC之間的路徑。若溫度偵測電路3未偵測到過溫，亦即未輸出過溫度信號或輸出至第二控制單元40的溫度信號未超過預定值時，第二控制單元40控制開關電路410關斷電壓源Vs與連接確認端子CC之間的路徑，使電壓源Vs的電壓無法傳送至連接確認端子CC，此時確認端子CC用以依照原先設定來判斷充電槍6與電動車9之間連接是否正常。然若電源插頭2或控制盒4的溫度超過預定溫度等級時，第二控制單元40則控制開關電路410導通電壓源Vs與連接確認端子CC之間的路徑，以使電壓源Vs所提供之相異於第一電壓準位的電壓被傳送至連接確認端子CC，此時，電動車9的第一控制單元91將會把由電壓源Vs提供之相異於第一電壓準位的電壓視為連接確認信號Vcc，並執行保護機制。例如，電壓源Vs的電壓準位可與連接確認信號Vcc的第二電壓準位相等，則第一控制單元91會判斷充電槍6與電動車9之間連接異常，進而執行相應的保護程序，如此可達到過溫度保護的目的；或者電壓源Vs的電壓準位可為任意第三電壓準位，以通知第一控制單元91目前狀態異常，進而執行相應的保護程序。

由上所述可知，充電設備1包含溫度偵測電路3及溫度保護電路41，且溫度保護電路41將由電壓源Vs所提供之相異於第一電壓準位的電壓經由連接確認端子CC傳送至電動車9的第一控制單元91，以使第一控制單元91可在溫度偵測電路3偵測到電源插頭2或控制盒4的溫度超過預定溫度等級時，執行對應的保護機制，因此，本案可預防充電設備1的元件或電路在高溫下燒毀並確保使用者的安全性。再者，由於溫度保護電路41的輸出僅透過連接確認端子CC傳送至電動車9，故溫度保護電路41的輸出並不會影響控制導引端子CP的控制導引信號Vcp，是以控制導引端子CP的控制導引信號Vcp仍可精準地被充電設備1傳送至電動車9的第一控制單元91而不受到溫度保護電路41等干擾。

於一些實施例中，控制盒4更包含複數個繼電器，例如第一繼電器K1及第二繼電器K2。第一繼電器K1係連接於電源插頭2與火線L之間，第二繼電器K2係連接於電源插頭2與中線N之間。第一繼電器K1及第二繼電器K2可由控制盒4的第二控制單元40控制。當充電設備1對電動車9進行充電時，第一繼電器K1及第二繼電器K2係受控制盒4的第二控制單元40控制而導通。然而，當電動車9的第一控制單元91通知控制盒4停止傳送交流電至電動車9時，第一繼電器K1及第二繼電器K2係受控制盒4的第二控制單元40控制而斷開。

於一些實施例中，如第2圖所示，開關電路410包含第三電阻單元R3、第四電阻單元R4、二極體D以及PNP型電晶體B。第三電阻單元R3之一端點係與電壓源Vs及PNP型電晶體B的射極連接，且第三電阻單元R3之另一端點係則與第四電阻單元R4的一端點及PNP型電晶體B的基極連接。第四電阻單元R4的另一端點與第二控制單元40連接。PNP型電晶體B的集極係與二極體D的陽極連接。二極體D的陰極則與連接確認端子CC連接。然而，開關電路410的電路結構並不以上述為限，只要電路可用以調整連接確認端子CC上的電壓準位即可。於一些實施例中，溫度保護電路41之開關電路410可包含金屬氧化半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)或絕緣柵雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)，以取代PNP型電晶體B，進而具有不同的實施方式。

第3圖係揭示本案第二實施例之電動車之充電設備之電路架構示意圖。如第3圖所示，充電設備1’係可拆卸地連接於家裡的商用交流電源的電源插座(未圖示)與電動車9之間且包含電源插頭2、溫度偵測電路3、控制盒4’、充電線5以及充電槍6，其中第3圖所示之電源插頭2、溫度偵測電路3、充電線5、控制盒4’的第二控制單元40及充電槍6皆與第1圖所示之電源插頭2、溫度偵測電路3、充電線5、控制盒4’的第二控制單元40及充電槍6相似，故此處不再贅述。相較於第1圖所示之第一實施例，第3圖所示之控制盒4’的溫度保護電路41’係包含第二無線傳輸模組410’。例如但不限於藍芽傳輸模組，其係與控制盒4’的第二控制單元40連接。另外，電動車9更包含第一無線傳輸模組92。例如但不限於藍芽傳輸模組，其係與電動車9的第一控制單元91連接。其中於本實施例中，第二無線傳輸模組410’及第一無線傳輸模組92可相互以無線方式進行通信。

當溫度偵測電路3偵測到電源插頭2或控制盒4’的溫度超過預定溫度等級而對應輸出相應的溫度信號至第二控制單元40，第二控制單元40驅動第二無線傳輸模組410’輸出無線信號至第一無線傳輸模組92。接著，電動車9的第一控制單元91經由第一無線傳輸模組92接收該無線信號，進而執行保護機制。於本實施例中，保護機制可例如但不限於通知控制盒4’停止傳送交流電及/或降低電動車9的電流需求，促使控制盒4’對電源插頭2接收的交流電進行降額並輸出經降額的交流電，以確保使用的安全性。

由上可知，由於充電設備1’包含溫度偵測電路3及溫度保護電路41’，且控制盒4’的第二控制單元40及電動車9的第一控制單元91可在溫度偵測電路3偵測到電源插頭2或控制盒4’的溫度超過預定溫度等級時，透過第二無線傳輸模組410’及第一無線傳輸模組92相互無線通信，因此，本案可預防充電設備1’的元件或電路在高溫下燒毀並確保使用的安全性。再者，當充電線5受電動車9之結構輾壓而損壞時，因控制盒4’的第二控制單元40與電動車9的第一控制單元91仍可透過第二無線傳輸模組410’及第一無線傳輸模組92而相互無線通信，故充電設備1’的過溫保護功能並不會輕易失靈。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1、1’:充電設備 2:電源插頭 3:溫度偵測電路 4、4’:控制盒 40:第二控制單元 41、41’:溫度保護電路 410:開關電路 410’:第二無線傳輸模組 5:充電線 6:充電槍 60:連接確認電路 9:電動車 90:車載充電單元 91:第一控制單元 92:第一無線傳輸模組 B:PNP型電晶體 CC:連接確認端子 CP:控制導引端子 D:二極體 G:接地端 K1:第一繼電器 K2:第二繼電器 L:火線 L1、N1:充電端子 N:中線 PE:保護地線 PE1:接地端子 R1:第一電阻單元 R2:第二電阻單元 R3:第三電阻單元 R4:第四電阻單元 S1:開關單元 Vcc:連接確認信號 Vcp:控制導引信號 Vs:電壓源

第1圖係揭示本案第一實施例之電動車之充電設備之電路架構示意圖。

第2圖係揭示第1圖所示之溫度保護電路之細部電路架構示意圖。

第3圖係揭示本案第二實施例之電動車之充電設備之電路架構示意圖。

1:充電設備

2:電源插頭

3:溫度偵測電路

4:控制盒

40:第二控制單元

41:溫度保護電路

410:開關電路

5:充電線

6:充電槍

60:連接確認電路

9:電動車

90:車載充電單元

91:第一控制單元

CC:連接確認端子

CP:控制導引端子

G:接地端

K1:第一繼電器

K2:第二繼電器

L:火線

L1、N1:充電端子

N:中線

PE:保護地線

PE1:接地端子

R1:第一電阻單元

R2:第二電阻單元

S1:開關單元

Vcc:連接確認信號

Vcp:控制導引信號

Vs:電壓源

Claims

一種充電設備，架構於對一電動車進行充電，該電動車包含一第一控制單元，該充電設備包含：一電源插頭，係接收一商用交流電源之交流電；一充電槍，係透過一充電線而與該電源插頭連接，且可拆卸地與該電動車連接，並包含一連接確認端子、一控制導引端子及一連接確認電路，該控制導引端子用以傳送該充電槍與該電動車之間的一控制導引信號，以提供該電動車之一充電資訊，該連接確認電路用以輸出一連接確認信號至該連接確認端子，其中於該充電槍與該電動車之間處於一連接正常狀態時，該連接確認信號具一第一電壓準位，於該充電槍與該電動車之間處於一連接異常狀態時，該連接確認信號具一第二電壓準位；一控制盒，連接於該電源插頭與該充電槍之間，架構於選擇性地傳送該電源插頭所接收之交流電至該充電槍，且包含一第二控制單元；一溫度偵測電路，電連接該第二控制單元，用以偵測該電源插頭或該控制盒的溫度，並於該電源插頭或該控制盒的溫度超過一預定溫度等級時，輸出一相應的溫度信號；以及一溫度保護電路，電連接於該第二控制單元與該連接確認端子之間，其中該第二控制單元根據該相應的溫度信號驅使該溫度保護電路調整該連接確認端子上的電壓準位。
如請求項1所述之充電設備，其中該溫度保護電路包含一開關電路，該開關電路與一電壓源、該第二控制單元與該連接確認端子連接，其中該開關電路根據該相應的溫度信號選擇性地連接該電壓源與該連接確認端子。
如請求項2所述之充電設備，其中該開關電路包含一第三電阻單元、一第四電阻單元、一二極體以及一PNP型電晶體，該第三電阻單元之一端點係與該電壓源及該PNP型電晶體之射極連接，該第三電阻單元之另一端點則與該第四電阻單元之一端點及該PNP型電晶體之基極連接，該第四電阻單元之另一端點與該第二控制單元連接，該PNP型電晶體之集極與該二極體之陽極連接，該二極體之陰極則與該充電槍連接。
如請求項1所述之充電設備，其中該連接確認電路包含一第一電阻單元、一第二電阻單元以及一開關單元，該開關單元與該第一電阻單元並聯，該開關單元及該第一電阻單元與該第二電阻單元串聯，其中該開關單元導通時，該連接確認信號的電壓準位維持該第一電壓準位，該開關單元斷開時，該連接確認信號的電壓準位維持該第二電壓準位。
如請求項1所述之充電設備，其中該第一控制單元經由該連接確認端子接收到具該第二電壓準位之該連接確認信號時，通知該控制盒停止傳送交流電。
如請求項1所述之充電設備，其中該第二控制單元根據該相應的溫度信號驅使該溫度保護電路調整該連接確認端子上的電壓準位為該第二電壓準位或一第三電壓準位。
如請求項1所述之充電設備，其中該連接異常狀態係指該充電槍未與該電動車正確地連接。
一種充電設備，架構於對一電動車進行充電，該電動車包含一第一控制單元及一第一無線傳輸模組，且該第一控制單元與該第一無線傳輸模組連接，該充電設備包含：一電源插頭，係接收一商用交流電源之交流電；一充電槍，係透過一充電線而與該電源插頭連接，且可拆卸地與該電動車連接；一控制盒，連接於該電源插頭與該充電槍之間，架構於選擇性地傳送該電源插頭所接收之交流電至該充電槍，且包含一第二控制單元；一溫度偵測電路，電連接該第二控制單元，用以偵測該電源插頭或該控制盒的溫度，並於該電源插頭或該控制盒的溫度超過一預定溫度等級時，輸出一相應的溫度信號至該第二控制單元；以及一溫度保護電路，電連接於該第二控制單元，該溫度保護電路包含一第二無線傳輸模組，當該第二控制單元接收到該相應的溫度信號時，該第二控制單元係驅動該溫度保護電路之該第二無線傳輸模組輸出一無線信號至該電動車之該第一無線傳輸模組，而該電動車之該第一控制單元透過該第一無線傳輸模組接收該無線信號時，係執行一保護機制。
如請求項8所述之充電設備，其中該保護機制為通知該控制盒停止傳送交流電及/或降低該電動車的電流需求。
如請求項8所述之充電設備，其中該第一無線傳輸模組及該第二無線傳輸模組皆為藍芽傳輸模組。