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TWI486271B - 電動車輛用充電裝置及電動車輛用充電系統 - Google Patents

電動車輛用充電裝置及電動車輛用充電系統 Download PDF

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TWI486271B TW101130662A TW101130662A TWI486271B TW I486271 B TWI486271 B TW I486271B TW 101130662 A TW101130662 A TW 101130662A TW 101130662 A TW101130662 A TW 101130662A TW I486271 B TWI486271 B TW I486271B
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上野哲
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Description

電動車輛用充電裝置及電動車輛用充電系統
本發明係關於用來對於電動車等電動車輛進行充電之電動車輛用充電裝置及電動車輛用充電系統。
就習知例而言，例如有專利文獻1所記載的充電裝置。此充電裝置係用來對於電瓶式堆高機進行充電，並具有連接到電源插座的電源線，該電源插座經由斷路器而連接至工廠內的設備電源。又，充電裝置配備有通信功能，與設備電源所連接的其他充電裝置之間，經由通信線而收發有關充電狀態的資訊。
在此習知例中，係將設備電源所連接的充電裝置整體可用的電流值即總電流限制值設定至任意的電流值，並依據該值，讓各充電裝置在確認其他充電裝置的充電狀況下自動設定在各充電裝置使用的電流。因此，電動車輛(電瓶式堆高機)充電時，在充電裝置消耗的電力，並不考慮將電源供給至充電裝置的設備電源之電源容量而適洽地設定。所以，使用者不增設設備電源的電源容量，亦不用在意電源所連接的充電裝置使用中的電流量，即能良好的進行對於電動車輛的充電。
專利文獻1：日本特開2003-333706號公報
但是，斷路器通常並非一有過載電流(<短路電流)即立刻跳脫(跳開動作)，而是在過載電流持續流通既定時間(跳開動作時間)以上時進行跳脫。所以，如專利文獻1記載的習知例，控制使總電流值恆常不超過限制值，並非避免斷路器跳脫的必要條件。
亦即，只要未滿跳開動作時間，即使有過載電流流通，斷路器亦不會跳脫，所以只要在有過載電流流通的時間點起到經過跳開動作時間之前減少充電電流，即可避免斷路器跳脫。
但是，如電動車在電動車輛側進行充電電流控制時，從指示電動車輛使充電裝置減少充電電流起，到實際上電動車輛側減少充電電流為止，產生了相當的延遲時間。而且，此延遲時間多因電動車輛之種類(電動車的車種)各異，非常難以對於各種電動車輛調整充電電流來避免斷路器跳脫。
本發明有鑑於上述問題，目的在於無論電動車輛的種類均避免斷路器跳脫並且將充電電流調整成適恰值。
本發明的電動車輛用充電裝置，插入於斷路器與電動車輛之間，對於該電動車輛指示充電電流的上限值，其特徵在於包含：傳送機構，與該電動車輛之間藉由電壓信號來傳送該上限值之資訊；以及調整機構，因應於該斷路器上流通的電流之電流值來將該上限值的調整指示至該傳送機構；並且，該傳送機構在降低該上限值時，於暫時停止該電壓信號之後將調整後的該上限值之資訊傳送至該電動車輛。
本發明的電動車輛用充電系統，其特徵在於包含：該電動車輛用充電裝置；以及電力監視裝置，監視該斷路器上流通的電流，在該電流超過該斷路器的額定電流時指示該調整機構降低該上限值。
本發明之電動車輛用充電裝置及電動車輛用充電系統具有以下效果，無論電動車輛的種類，均能避免斷路器跳脫並且將充電電流調整成適恰值。
本發明之目的及特徵藉由以下的附加圖式與較佳實施例之說明而更為明確。
 (實施發明之最佳形態)
以下，參照圖式詳細說明將本發明之技術思想應用在設置於獨棟住宅並利用從電力系統供給的電力以對於電動車進行充電的 電動車輛用充電裝置(以下簡稱充電裝置。)及其系統之實施形態。整份圖式中，相同或類似的部分標註相同元件符號並省略說明。但是，電動車輛不限定於電動車，例如，也可以是習知技術所說明的電瓶式堆高機。
如圖1所示，住宅係從電力系統100經由住宅用配電盤(住宅盤)4供給單相3線式的交流電力。住宅盤4具有主幹斷路器40，1次側與電力系統100相連接；以及多數之分歧斷路器41，分歧連接在主幹斷路器40的2次側。但是，有時亦於主幹斷路器40的1次側插入限流器(電流限制器)。另，雖省略圖示，但各分歧斷路器41的2次側經由屋內配線而連接有插座或負載(照明器具、電磁爐或冷氣機等)。
本實施形態的電動車輛用充電系統如圖1所示具有充電裝置1與電力監視裝置2。
電力監視裝置2包含控制部20、電流量測部21、及通信部22等。電流量測部21分別採用電流感測器210、211，量測主幹斷路器40之1次側所連接的3條電線之中，中性線以外的2條電線上流通的電流，並將各量測值輸出至控制部20。控制部20以微電腦作為主構成要素，依據電流量測部21所量測的電流值與主幹斷路器40之1次側電壓(輸入電壓)的量測值(電壓值)，演算從電力系統100供給的電力(供給電力)之瞬間值與累計值。又通信部22係與充電裝置1之間進行通信，例如依據RS485規格的串列通信。其中，通信部22的通信方式不限定於RS485規格，亦可係電力線網路或無線通信(例如小功率無線通信等)等。
充電裝置1包含：信號處理部(傳送機構)10、零相變流器11、漏電偵測部12、開閉部13、通信控制部(調整機構)14、充電纜線15、及充電接頭16等。又，充電裝置1設置於靠近電動車200的停車空間(車庫)之處，連接至住宅盤4以分歧斷路器41所分歧的分歧電路之一(在圖1之例中係右下端的分歧斷路器41)。充電纜線15係由絕緣外覆包覆供電線150與傳送線151而構成，前端部分設有充電接頭16，供電線150上流通有往電動車200的供給電 流(充電電流)，傳送線151傳送後述之前導信號。充電接頭16自由插拔插入連接至電動車200的車體所設的插入口(inlet)。並且，充電接頭16插入連接至插入口時，可進行從電力系統100經由住宅盤4及充電裝置1的電力(充電電力)供給，以及充電裝置1之信號處理部10與電動車200的充電用ECU(電子控制單元)(未圖示)之間的前導信號傳送。
開閉部13具有插入至從分歧斷路器41到供電線150為止之供電途徑中的電磁繼電器(未圖示)，因應來自信號處理部10的指示使電磁繼電器開啟．關閉，藉以開閉該供電途徑。漏電偵測部12利用零相變流器11偵測供電途徑上流通的不平衡電流，在該不平衡電流之偵測位準超越閾值時判斷為有漏電產生，控制開閉部13使供電途徑成開路。通信控制部14具有：通信功能，與電力監視裝置2的通信部22之間進行通信(RS485規格的串列通信)之功能；以及調整功能，如後所述調整供給至電動車200的充電電流之功能。此種通信控制部14係利用微電腦及串列通信用的積體電路等所構成。另，電力監視裝置2利用電流感測器212量測經由充電裝置1而供給至電動車200的電流(充電電流)。
在此，參照圖3的時序圖說明充電裝置1的基本充電動作。首先，於時刻t0將充電接頭16連接至電動車200的插入口時，從信號處理部10將既定電壓V1(例如V1=12伏特)施加於傳送線151。並且，施加於傳送線151的電壓成為控制前導(CPLT)信號(以下簡稱前導信號。)的傳送媒體，因應於其電壓位準及負載比，如後述方式在充電用ECU與信號處理部10之間收發各種資訊。
充電用ECU偵測到電壓V1的前導信號時，將前導信號的電壓位準從V1降壓至V2(例如V2=9伏特)(時刻t1~t2)。信號處理部10偵測到前導信號從V1降低到V2時，輸出既定頻率(例如1kHz)的脈衝狀前導信號(時刻t2~)。該前導信號之信號位準係±V1，但上限位準降壓至V2。前導信號的負載比顯示充電電流的上限值(充電裝置1的電流容量)，預先設定在每個充電裝置1。例如設定成，電流容量為12安培時負載比為20%，電流容量為30安培時負載 比為50%。充電用ECU偵測前導信號的負載比來辨識電流容量，將前導信號的電壓位準從V2降壓至V3(例如6V)(時刻t3)。信號處理部10偵測到前導信號的信號位準從V2降低到V3時，使開閉部13成斷路而開始進行充電電力供給。
充電用ECU依據電流容量來設定用以將蓄電池之充電位準充電至目標位準為止的電流值(≦電流容量)，將充電指令輸出至電動車200所配備的充電器(未圖示)。接受到充電指令的充電器，調整充電電流使其不超過充電用ECU所設定的電流值來對蓄電池進行充電(時刻t3~)。充電用ECU在蓄電池的充電位準到達目標位準時，輸出充電器充電結束指令結束對於蓄電池的充電，將前導信號的電壓位準從V3回復到V2(時刻t4)。充電器在接受到充電結束指令時結束蓄電池的充電。
信號處理部10偵測到前導信號從V3變化成V2時，使開閉部13成斷路停止交流電力供給。充電用ECU將前導信號電壓位準回復到當初的V1(時刻t5)。信號處理部10在前導信號的電壓位準回復到V1時，停止既定頻率的振盪並將前導信號的電壓位準維持在V1而回到待機狀態(時刻t6)。
如上所述的充電裝置1，在對於電動車200的充電電力供給進行開關的同時向電動車200的充電用ECU指示充電電流的上限值，藉以控制電動車200所配備的蓄電池之充電。
此外，電動車200的充電，通常須要十多安培~數十安培左右的龐大充電電流。另一方面，普通的住宅中，主幹斷路器40(設置有限流器時為限流器與主幹斷路器40)的額定電流設定在30安培~60安培左右。所以，在使用電磁爐或冷氣機等消耗電流較大的負載設備下對於電動車200進行充電時，若使充電電流流至充電裝置1直到預先設定的上限，則主幹斷路器40或限流器有可能將會跳脫。
所以，電力監視裝置2的控制部20在主幹斷路器40上流通的電流(全消耗電流)超過額定電流時，使通信部22傳送將充電電流上限值定為從現在的充電電流之電流值減去全消耗電流與額定 電流之差的電流值之指令(調整指令)。另，全消耗電流係充電電流與負載設備的消耗電流(負載消耗電流)之總和。其次，電力監視裝置2的控制部20亦可在全消耗電流低於額定電流時，於全消耗電流不超過額定電流的限度內，使通信部22傳送提高充電電流上限值之指令。在此，對於充電電流上限值的提高，係於預先設定在每個充電裝置1的充電裝置1之電流容量的限度內進行。但是，控制部20在電流量測部21所量測的充電電流(電流感測器212所偵測的電流)幾乎視為零時，判斷電動車200並未進行充電而不進行上限值的調整指令通知。
充電裝置1中，接收到從電力監視裝置2傳送之該調整指令的通信控制部14，指示信號處理部10使充電電流的上限值在調整指令所指示的上限值以下。並且，信號處理部10接受到來自通信控制部14的指示時，減少前導信號的負載比。例如，充電纜線15的電流容量係20安培時，將當初50%的負載比減少成40%~20%，就結果而言，是將充電電流的上限值調整成比當初的20安培更低之值(例如10安培)。
電動車200的充電用ECU，依據調整後的上限值再度設定充電電流之電流值並將充電指令輸出至充電器。接受到該充電指令的充電器，調整充電電流使其不超過充電用ECU所設定的新電流值，同時對於蓄電池進行充電。其結果，因為供給至電動車200的充電電流減少，所以能避免全消耗電流會超過主幹斷路器40的額定電流。
但是，如習知技術中所說明，指示電動車200使充電裝置1減少充電電流，到實際上電動車200側減少充電電流為止，產生了相當的延遲時間。例如，如圖2(b)所示，將從通信控制部14接收調整指令起到變更前導信號的負載比為止定為需要T2的時間，到電動車200因應於前導信號而減少充電電流為止定為需要T3的時間，則產生有T1時間(=T2+T3)的延遲。其結果，因為主幹斷路器40上持續流通過載電流至少有T1時間，所以延遲時間T1若超過跳開動作時間則主幹斷路器40有可能會跳脫。而且， 到電動車200因應於前導信號而減少充電電流為止所要的時間T3依據電動車200的車種而多所不同。
所以本實施形態中，信號處理部10因應於調整指令而變更前導信號的負載比時(減少時)，藉由使信號電壓成為0伏特而暫時停止前導信號之後(T5時間経過後)，將前導信號以變更後的負載比傳送至電動車200的充電用ECU(參照圖2(a))。電動車200的充電用ECU在前導信號停止時立刻使充電器中止充電，並於經過T5時間後接受到前導信號時，依據調整後的上限值再度設定充電電流的電流值而將充電指令輸出至充電器。接受到該充電指令的充電器，調整充電電流使其不超過充電用ECU所設定的新電流值並且對於蓄電池進行充電。此時，充電用ECU接受到前導信號起到充電電流再開為止須要T6時間。
而後，如上所述，前導信號暫時停止時，全消耗電流超過額定電流的時間只有到信號處理部10停止前導信號為止所須的時間T4，不受電動車200的處理時間T3之影響。所以，依據本實施形態的充電裝置1，無論電動車200的種類，均能避免主幹斷路器40之跳脫並同時將充電電流調整成適切值。
此外，開始從充電裝置1對於電動車200進行充電時，將充電電流的上限值設定由充電裝置1的電流容量所決定之值(以下稱為基本上限值。)之情況，負載消耗電流的電流值有可能造成充電開始後立即使得全消耗電流超過額定電流。所以，在充電開始時，信號處理部10宜從低於基本上限值的更低上限值起，以固定的比率增加前導信號的負載比，緩緩提升上限值直到基本上限值(參照圖4)。並且，全消耗電流在上限值上昇途中超過額定電流時，信號處理部10因應於來自電力監視裝置2的指示，調整前導信號的負載比以降低上限值。
宜使如上所述插入在斷路器與電動車輛之間並對於該電動車輛指示充電電流上限值的電動車輛用充電裝置中，包含：傳送機構，與該電動車輛之間藉由電壓信號來傳送該上限值資訊；以及調整機構，因應於該斷路器上流通的電流之電流值來將該上限值 之調整指示至該傳送機構；並且，該傳送機構在充電開始時使該上限值緩緩上升。如此，可確實避免充電開始時的斷路器(主幹斷路器40)之跳脫。
在此，上述實施形態的內容可進行互相組合。
以上已說明本發明之較佳實施形態，但本發明不限於此等特定實施形態，可在不脫離申請專利範圍的範疇內進行多種變更及變形，其亦屬於本發明之範疇內。
1‧‧‧充電裝置
2‧‧‧電力監視裝置
4‧‧‧住宅用配電盤(住宅盤)
10‧‧‧信號處理部(傳送機構)
11‧‧‧零相變流器
12‧‧‧漏電偵測部
13‧‧‧開閉部
14‧‧‧通信控制部(調整機構)
15‧‧‧充電纜線
16‧‧‧充電接頭
20‧‧‧控制部
21‧‧‧電流量測部
22‧‧‧通信部
40‧‧‧主幹斷路器
41‧‧‧分歧斷路器
100‧‧‧電力系統
150‧‧‧供電線
151‧‧‧傳送線
200‧‧‧電動車
210、211、212‧‧‧電流感測器
V1~V3‧‧‧既定電壓
圖1係顯示本發明之電動車輛用充電裝置及電動車輛用充電系統的實施形態之方塊圖及系統構成圖。
圖2(a)、(b)係其動作說明圖。
圖3係用來說明其電動車輛用充電裝置之基本充電動作的時序圖。
圖4係其他動作的說明圖。
1‧‧‧充電裝置
2‧‧‧電力監視裝置
4‧‧‧住宅用配電盤(住宅盤)
10‧‧‧信號處理部(傳送機構)
11‧‧‧零相變流器
12‧‧‧漏電偵測部
13‧‧‧開閉部
14‧‧‧通信控制部(調整機構)
15‧‧‧充電纜線
16‧‧‧充電接頭
20‧‧‧控制部
21‧‧‧電流量測部
22‧‧‧通信部
40‧‧‧主幹斷路器
41‧‧‧分歧斷路器
100‧‧‧電力系統
150‧‧‧供電線
151‧‧‧傳送線
200‧‧‧電動車
210、211、212‧‧‧電流感測器

Claims (3)

  1. 一種電動車輛用充電裝置，插入於斷路器與電動車輛之間，對於該電動車輛指示充電電流的上限值，其特徵在於包含：傳送機構，與該電動車輛之間藉由電壓信號來傳送該上限值之資訊；以及調整機構，依照流過該斷路器的電流之電流值，而對該傳送機構指示該上限值的調整；並且，該傳送機構在降低該上限值時，於暫時停止該電壓信號之後，將調整後的該上限值之資訊從該傳送機構傳送至該電動車輛。
  2. 如申請專利範圍第1項之電動車輛用充電裝置，其中，該傳送機構使充電開始時的充電電流從比基本上限值更低之值開始緩緩上升直到該基本上限值，其中，該基本上限值，係由充電裝置的電流容量所決定之值。
  3. 一種電動車輛用充電系統，其特徵在於包含：如申請專利範圍第1項之電動車輛用充電裝置；以及電力監視裝置，監視流過該斷路器的電流，於該電流超過該斷路器的額定電流時指示該調整機構降低該上限值。
TW101130662A 2011-08-31 2012-08-23 電動車輛用充電裝置及電動車輛用充電系統 TWI486271B (zh)

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