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CN103608995A - 用于电动车辆的充电设备 - Google Patents

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CN103608995A
CN103608995A CN201280026164.0A CN201280026164A CN103608995A CN 103608995 A CN103608995 A CN 103608995A CN 201280026164 A CN201280026164 A CN 201280026164A CN 103608995 A CN103608995 A CN 103608995A
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CN
China
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charhing unit
higher limit
motor vehicle
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CN201280026164.0A
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上野哲
户田亘彦
中山将司
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Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

在充电设备中，在流过主断路器(110)的电流超过其电流容量的情况下，充电电流调节部(24)使得通信部(25)发送调节命令以降低充电电流的当前上限值。在接收到来自充电电流调节部(24)的调节命令的情况下，充电单元(10)的充电控制部(14)将导频信号的占空比改变成与调节命令所指示的上限值相对应的新占空比并且降低充电电流的上限值。所以，降低了供给至各个电动车辆的充电电流，由此避免主断路器(110)的电流超过其额定电流。因此，能在抑制电源对除电动车辆以外的电器的影响的情况下同时对多个电动车辆充电。

Description

用于电动车辆的充电设备
技术领域
本发明涉及一种用于诸如电动马达车辆等的电动车辆的充电设备。
背景技术
传统上，在例如日本未审查的特开2010-277855中公开了为电动车辆提供的充电站。此充电站包含：管状主体，其中具有多个容纳空间且被直立地安装在停放电动车辆的地面上；以及多个插座单元，以可拆卸的方式插入主体的容纳空间中。该插座单元包含：插座，充电线缆的电源插头以可拆卸的方式连接至此插座；及壳体，容纳该插座且该壳体设置于该主体的容纳空间内。
在传统的充电站中，插座单元可以被容纳在主体的容纳空间中，以使得能够应对插座数量上的增加。此外，能够改善诸如修理工作或者更换工作等的维护服务的可操作性。
同时，对诸如电动马达车辆等的电动车辆充电所需的充电电流通常超过诸如电视机、冰箱和空调等的一般电器的消耗电流。因此，在使用这些电器的同时对电动车辆充电的情况下，电力系统所供给的电流会大幅增加。在电力系统所供给的电流(消耗电流)大幅增加的情况下，需要高容量的布线缆且需要改变与电力公司的合同需求。注意，除非采取行动，否则过载电流可能流动一定量的时间(例如若干秒)。这会引发下列问题：配电盘中的主断路器跳闸，或者电力公司所安装的限幅器启动以停止供电。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种用于电动车辆的充电设备，其能够在抑制对除电动车辆以外的电器的电力供给的影响的情况下同时对多个电动车辆充电。
根据本发明的一方面的一种用于电动车辆的充电设备包括：多个充电单元，分别介于多个断路器与多个电动车辆之间以对各个电动车辆指示充电电流的上限值；电流检测单元，用以检测流过断路器的电流；调节单元，用于调节在各个充电单元中充电电流的上限值以使得电流检测单元所检测到的电流不超过断路器的额定电流；以及主体，容纳充电单元。各个充电单元包括连接至电动车辆的充电线缆以及用于通过充电线缆将信号发送至电动车辆的发送部。调节单元使得发送部将调节单元调节后的上限值的信息发送至电动车辆。
在上述的充电设备中，调节单元可以将各个充电单元中的上限值调节成彼此相同以使得电流检测单元所检测到的电流不超过断路器的额定电流。
在上述的充电设备中，调节单元可以将充电单元中的上限值的至少一个调节成与其它上限值不同，以使得电流检测单元所检测到的电流不超过断路器的额定电流。
在上述的充电设备中，调节单元可以将充电单元中的上限值中的至少一个调节成零。
在上述的充电设备中，可以对多个充电单元分配优先级顺序。调节单元可以将具有更高优先级的充电单元中的上限值调节得相对更高。
在上述的充电设备中，可以对充电单元中的任一个设置控制部。控制部可以使得所有其它充电单元中所包括的发送部将从调节单元所接收到的上限值的信息发送至各个电动车辆。
在上述的充电设备中，调节单元可以与多个充电单元一起被容纳在主体中。
根据本发明的充电设备可以在抑制对除电动车辆以外的电器的电力供给的影响的情况下同时对多个电动车辆充电。
附图说明
根据以下与附图一同给出的对实施例的说明，本发明的目的与特征将变得明显，其中：
图1是示出根据本发明的用于电动车辆的充电设备的第一实施例的框图；
图2为图1中所示的充电设备的前视图；
图3是用于说明图1中所示的充电设备的操作的时序图；
图4是示出图1中所示的充电设备的变形例的框图；以及
图5是示出根据本发明的用于电动车辆的充电设备的第二实施例的框图。
具体实施方式
以下将参考图1至5说明本发明的实施例，在此实施例中本发明的技术思想被应用至用于电动车辆的充电设备(以下称为“充电设备”)，该充电设备安装在诸如集合住宅或办公楼等的建筑物中以通过利用电力系统所供给的电力来对电动马达车辆充电。然而，电动车辆不限于电动马达车辆。
(第一实施例)
如图1中所示，从电力系统100经由配电盘将单相三线型的交流电源供给至建筑物。配电盘包括：主断路器110，其初级侧连接至电力系统100；以及多个分支断路器111，连接至主断路器110的次级侧。在主断路器110的初级侧上可以设置限幅器(限流器)。此外，虽然未示出，但是插座或电负载(照明设备、电磁烹饪设备或空调等)通过内部布线而连接至各个分支断路器111的次级侧。
如图1中所示，本实施例的充电设备具有多个充电单元10(在图1中有两个)以及控制单元20。
控制单元20主要包括电流传感器21、22、电流检测部23、充电电流调节部24与通信部25。电流检测部23通过利用电流传感器21而检测从电力系统100供给至主断路器110的初级侧的电流的强度(电流值)(以下称为“主电流”)。同时，电流检测部23通过使用电流传感器22而检测从相对应的分支断路器111供给至各个充电单元10的充电电流的强度(电流值)。注意，电流传感器21、22与电流检测部23可以构成电流检测单元。充电电流调节部24主要包括微型计算机并且调节各个充电单元10中的充电电流上限值，以使得电流检测部23所检测到的主电流不超过主断路器110的额定电流。此外，与各个充电单元10通信(进行信号发送)的通信部25基于例如RS485标准来进行串行通信。注意，充电电流调节部24与通信部25可以构成调节单元。通信部25的通信系统并不限于RS485标准，而是可以使用电力线载波通信、无线通信(例如低功率无线通信)等。
充电单元10包括充电连接器11、充电线缆12、开启/关闭部13、充电控制部14与通信部15。此外，充电单元10安装在电动马达车辆的停放空间(车库)附近，并且充电单元10连接至配电盘中各个分支断路器111所分支的分支电路。充电线缆12包括：电源线12A，用于将供给的充电电流馈送至电动马达车辆；以及信号线12B，其以绝缘护套包覆，用于传输以下将说明的导频信号。在充电线缆12的前端处设置有充电连接器11。充电连接器11以可拆卸的方式连接至设置在电动马达车辆的本体中的插入口(入口)。在充电连接器11与插入口相连接的情况下，充电电流可以从电力系统100经由配电盘和充电单元10供给至电动马达车辆，并且导频信号可以在充电单元10的充电控制部14与电动马达车辆的充电ECU(电子控制单元)(以下称为“充电ECU”)之间传输。
开启/关闭部13具有设置在从分支断路器111到电源线12A的供电线上的电磁继电器。通过响应于来自充电控制部14的指示开启/关闭电磁继电器，开启/关闭部13开启和关闭供电线。此外，充电控制部14检测流过供电线的不平衡电流。在不平衡电流超过阈值水平的情况下，充电控制部14判断为已发生漏电，并且控制开启/关闭部13以使供电线断路。通信部15与控制单元20的通信部25(例如RS485标准串行通信)通信。注意，充电控制部14与通信部15可以构成发送部。
此处将参考图3中的时序图说明充电单元10的基本充电操作。首先，在时刻t0充电连接器11连接至电动马达车辆的插入口的情况下，从充电控制部14将给定电压V1(例如V1=12V)施加至信号线12B。此施加至信号线12B的给定电压用作控制导频(CPLT)信号(此后称为“导频信号”)的传输介质，以使得根据其电压水平与占空比如下所述地在充电ECU与充电控制部14之间传输各种信息。
在检测到电压V1的导频信号的情况下，充电ECU将导频信号的电压水平从V1降低至V2(例如V2=9V)(时刻t1至t2)。在检测到导频信号从V1降低至V2的情况下，充电控制部14输出预定频率(例如1KHz)的脉冲导频信号(从时刻t2起)。虽然导频信号具有±V1的电压水平，但其上电压水平降低至V2。导频信号的占空比代表充电电流的上限值(充电单元10的电流容量)，并且对于各个充电单元10预先设置该占空比。例如，在充电单元10具有12A的电流容量的情况下，将占空比设置为20%。在充电单元10具有30A的电流容量的情况下，将占空比设置为50%。充电ECU通过检测导频信号的占空比来识别电流容量，然后将导频信号的电压水平从V2降低至V3(例如V3=6V)(在时刻t3)。在检测到电压水平从V2降低至V3的情况下，充电控制部14关闭开启/关闭部13并且开始供给充电电力。
充电ECU基于电流容量来设置电流值(≦电流容量)，以将蓄电池的充电水平提升至目标水平，并且将充电命令输出至装载在电动马达车辆中的电池充电器。已接收到充电命令的电池充电器对蓄电池充电，同时调节充电电流以使得充电电流不超过充电ECU所设置的电流值(从时刻t3起)。在蓄电池的充电水平达到目标水平的情况下，充电ECU输出充电停止命令至电池充电器以停止对蓄电池的充电。然后，充电ECU将导频信号的电压水平从V3返回至V2(在时刻t4)。电池充电器在接收到充电停止命令的情况下，停止对蓄电池充电。
在检测到导频信号从V3变化至V2的情况下，充电控制部14开启开启/关闭部13并且停止供给充电电流。充电ECU使导频信号的电压水平返回至初始水平V1(在时刻t5)。在导频信号的电压水平返回至V1的情况下，充电控制部14停止预定频率的脉冲振荡并且将电压水平维持在V1以返回至等待状态(在时刻t6)。
如上所述，充电单元10通过开启/关闭对电动马达车辆的充电电流的供给并且向电动马达车辆的充电ECU指示充电电流的上限值，控制装载在电动马达车辆中的蓄电池的充电。
同时，如图2中所示，本实施例的充电设备配置为使多个充电单元10与控制单元20容纳于主体(装置本体)1中，其中该主体1直立地安装在停放电动马达车辆的地面上。
至于主体1，各自形成为纵长矩形形状的三个金属板(左侧板2、右侧板3与背板)被组装在一起而形成前、上和下侧皆开放的方形管。以扁平的盒状盖5封闭方形管的上开口。在左侧板2与右侧板3两者的内表面上，与背板平行地安装有连接板(未示出)，以使得主体1的内部被连接板分割为前部与后部。充电单元10与控制单元20容纳于主体1的前部中。供电用的电源线缆(未示出)以及用于将电流传感器21、22与电流检测部23相连接的导线(未示出)容纳(布线)在后部中。
此外，将矩形面板7安装至主体1的前表面的最下部。此外，在主体1内部的在盖5与面板7之间的前部，沿着垂直方向并排设置了五个空间(容纳空间)以分别容纳充电单元10与控制单元20。
充电单元10将开启/关闭部13、充电控制部14与通信部15容纳在通过利用金属板形成为矩形盒形状的壳体10A中。开启/关闭部13与经由入口10B所引入的充电线缆12的电源线12A相连接，其中入口10B设置在充电单元10的前表面中。充电控制部14与信号线12B相连接。然而在图2中，未示出各个充电单元10的充电线缆12。
此外，控制单元20将电流检测部23、充电电流调节部24与通信部25容纳在金属壳体20A中，其中金属壳体20A具有与充电单元10的壳体10A大致相同的尺寸与形状。
以上述方式配置的充电单元10与控制单元20从主体1的前侧插入至主体1的容纳空间中，并通过将充电单元10与控制单元20的壳体10A、20A以螺丝拧入连接板而将充电单元10与控制单元20固定至主体1。在主体1中，以上述方式在垂直方向上并排配置具有相同尺寸的五个容纳空间。在图2中，控制单元20被容纳在顶部的容纳空间中。充电单元10分别被容纳在第二至第五个容纳空间中。注意，容纳于主体1中的充电单元10的数量不限于四个，可以按需要在主体1的容纳空间中容纳一至四个充电单元10。此外，控制单元20中所包括的电流检测部23、充电电流调节部24与通信部25可以与主断路器110以及分支断路器111一起被容纳在配电盘盒(未示出)中。
此外，在左侧板2与右侧板3上分别在垂直方向上设置有用于以可拆卸的方式保持充电连接器11的两个保持件6。各个保持件6具有圆柱体60与凸缘61，其中圆柱体60的一端开放，并且沿着圆柱体60的开放端而设置凸缘61。充电连接器11的前端部被插入圆柱体60中并由圆柱体60保持。充电线缆12沿着圆柱体60的外周缠绕并由圆柱体60保持。
同时，对电动马达车辆充电通常需要具有约十至数十安培的大量充电电流。在一般的住宅或办公室中，将主断路器110(当设有限幅器时，为限幅器与主断路器110)的额定电流设置为约30至80安培。因而，在当使用作为负载的电器时对多个电动马达车辆同时充电的情况下，存在例如在另一个充电单元10新开始充电的情况下主电流超过额定电流而使主断路器110或限幅器跳闸的问题。
因而，在流过主断路器110的主电流超过其电流容量(主断路器110的额定电流)的情况下，控制单元20的充电电流调节部24使得通信部25发送命令(调节命令)，此调节命令将充电电流的上限值设置为低于当前值。
充电电流调节部24通过电流检测部23所检测到的充电电流值检查各个充电单元10是否是处于充电模式中。获得处于充电模式下的充电单元10的数量M，并且计算除充电单元10以外的负载所消耗的负载电流的总和。最后，充电电流调节部24通过将主断路器110的电流容量与负载电流总和之间的差除以数量M而计算出值。此外，充电电流调节部24确定充电电流的上限值以使其不超过计算出的值(=(主断路器110的电流容量–负载电流总和)/M)。换言之，将充电模式下的全部充电单元10调节为具有相同的上限值。
例如，假设在三个充电单元10处于充电模式并具有20A的上限值的状态下，另一充电单元10新开始充电，则主断路器的电流超过其电流容量。在电流容量为60A且负载电流总和为0A的情况下，充电电流调节部24确定(调节后的)上限值为不大于15A(通过将60A除以4所获得)的电流值，例如是13A。接着，充电电流调节部24使得通信部25将调节命令发送至四个充电单元10，其中此命令将上限值设置为13A。
在充电单元10中，通信部15接收到从控制单元20发送来的调节命令并将其发送至充电控制部14。充电控制部14接收到来自充电电流调节部24的调节命令并将导频信号的占空比改变为与调节命令所指示的上限值相对应的新占空比。
电动马达车辆的充电ECU基于调节后的上限值重置充电电流的新电流值并将充电命令输出至电池充电器。已接收到充电命令的电池充电器在调节其充电电流以使得不超过充电ECU所设置的新电流值的情况下对蓄电池充电。因此，供给至各个电动马达车辆的充电电流降低，由此避免主断路器110的主电流超过其额定电流。换言之，根据本实施例的充电设备，能够在抑制对除电动车辆以外的家电(照明装置、空调等)的电力供给的影响的情况下同时对多个电动车辆(电动马达车辆)充电。
然而，在完成某些充电单元10的充电的情况下，充电电流调节部24还可以根据处于充电模式下的充电单元10的数量来调节充电电流上限值以使其增大。
同时，在充电电流调节部24调节充电电流的上限值的情况下，多个充电单元10的所有上限值不需要相同。例如，由于电动马达车辆的电池充电器的规格，充电电流上限值可能难以被设置为低于6A。在此情况下，充电电流调节部24优选为对充电模式下的至少一个充电单元10停止充电(将上限值设置为0A)。换言之，可以减少要同时充电的充电单元10的数量。因而，对于继续充电的充电单元10而言，其充电电流的上限值可以被设置为6A以上。现在，优选为充电电流调节部24每预定时间使停止充电的充电单元10交替。
或者，在将优先级顺序分配给多个充电单元10的情况下，优选为将具有更高优先级的充电单元10的上限值设置为相对更高。换言之，在三个充电单元10的充电模式下主断路器的主电流超过其电流容量的情况下，除了具有最高优先级的充电单元10以外，充电电流调节部24降低其余两个充电单元10的上限值。对于具有最高优先级的充电单元10而言，充电电流调节部24不改变其上限值。在此方式下，与利用其它充电单元10充电的其它电动马达车辆相比，利用特定充电单元10(具有最高优先级的充电单元10)来充电的电动马达车辆能够以更短的时间充电。
同时，如图4中所示，可以在充电单元10中的任何一个中设置通信控制部16而非通信部15，并且所有其它充电单元10中皆可以不设置通信部15或通信控制部16。通信控制部16将从控制单元20所接收到的调节命令(上限值的信息)发送至所有其它充电单元10的各个充电控制部14。这消除了在所有其它充电单元10中设置通信部15的必要性，由此降低充电单元10的制造成本。
(第二实施例)
本实施例具有以下特征，如图5中所示，一个充电单元10’包括多个充电线缆12与多个充电连接器11(在所示的示例中为2个)。注意，本实施例基本上具有与第一实施例相同的结构，因此对与第一实施例中相同的组件分配相同的附图标记，并且将省略对其冗余的图示与描述。
如图5中所示，本实施例的充电单元10’除了两个充电线缆12以及两个充电连接器11外，还包括两个开启/关闭部13A、13B，两个充电控制部14A、14B，两个断路器17A、17B，电流检测部18，两个电流传感器18A、18B以及充电电流调节部19。两个断路器17A、17B例如由漏电断路器所构成，其初级侧与配电盘中的分支断路器111的次级侧结合并且相连接。充电线缆12的电源线12A分别通过开启/关闭部13A与13B而与断路器17A与17B的次级侧相连接。
电流检测部18通过利用电流传感器18A、18B来检测分别自各个断路器17A、17B供给至各个充电线缆12的充电电流的强度(电流值)。与控制单元20的通信部25进行通信的通信部15接收到从控制单元20的通信部25发送的调节命令，并且将其发送至充电电流调节部19。主要由微型计算机所构成的充电电流调节部19指令各个充电控制部14A、14B调节充电电流的上限值，以使得由电流检测部18所检测到的两个充电电流的总和不超过从通信部15所接收到的调节命令所指示的上限值。
在主断路器110的主电流超过其电流容量的情况下，类似于第一实施例，控制单元20的充电电流调节部24确定充电单元10’中的充电电流的上限值并且从通信部25发送调节命令。
在充电单元10’中，通信部15接收到从控制单元20所发送的调节命令并且将其发送至充电电流调节部19。充电电流调节部19根据电流检测部18所检测到的充电电流值来检查两个充电控制部14A、14B是否是处于充电模式中。在充电控制部14A、14B两者都处于充电模式中的情况下，充电电流调节部19指令各个充电控制部14A、14B将其上限值调节成控制单元20的充电电流调节部24所指示的上限值的一半。此外，在充电控制部14A、14B中的任何一者处于充电模式中的情况下，充电电流调节部19命令处于充电模式中的充电控制部14A(或14B)将其上限值调节成控制单元20的充电电流调节部24所指示的上限值。
已接收到来自充电电流调节部19的调节命令的充电控制部14A、14B将其导频信号的占空比改变为与调节命令所指示的上限值相对应的新占空比。因此，降低了供给至各个电动马达车辆的充电电流，由此避免主断路器110的主电流超过其额定电流。
注意，在将多个充电设备安装在一个建筑物中的情况下，只有一个充电设备包括控制单元20而其它充电设备仅包括充电单元10或10’，并且控制单元20可以控制所有其它充电设备的充电单元10或10’。
虽然已参考实施例显示并且说明了本发明，但是本领域技术人员应当了解，在不偏离下列权利要求书所定义的发明的范围的情况下，可以进行各种变化与修改。

Claims (7)

1.一种用于电动车辆的充电设备，包括：
多个充电单元，分别介于断路器与多个电动车辆之间以对各个所述电动车辆指示充电电流的上限值；
电流检测单元，用于检测流过所述断路器的电流；
调节单元，用于调节各个所述充电单元中的充电电流的所述上限值以使得所述电流检测单元所检测到的电流不超过所述断路器的额定电流；以及
主体，容纳所述充电单元，
其中，各个所述充电单元包括适于与所述电动车辆相连接的充电线缆以及用于经由所述充电线缆将信号发送至所述电动车辆的发送部；以及
其中，所述调节单元使得所述发送部将所述调节单元调节后的所述上限值的信息发送至所述电动车辆。
2.根据权利要求1所述的充电设备，其中，所述调节单元将各个所述充电单元中的所述上限值调节成彼此相同，以使得所述电流检测单元所检测到的电流不超过所述断路器的所述额定电流。
3.根据权利要求1所述的充电设备，其中，所述调节单元将所述充电单元中的所述上限值中的至少一个调节成与其它上限值不同，以使得所述电流检测单元所检测到的电流不超过所述断路器的所述额定电流。
4.根据权利要求3所述的充电设备，其中，所述调节单元将所述充电单元中的所述上限值中的至少一个调节成零。
5.根据权利要求3或者4所述的充电设备，其中，将优先级顺序分配给所述多个充电单元；以及
其中，所述调节单元将具有更高优先级的所述充电单元中的所述上限值调节成相对更高。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的充电设备，其中，所述充电单元中的任一个设置有控制部；以及
其中，所述控制部使得所有其它所述充电单元中包括的所述发送部将从所述调节单元接收到的所述上限值的信息发送至各个所述电动车辆。
7.根据权利要求1至6中任何一项所述的充电设备，其中，所述调节单元与所述多个充电单元一起被容纳在所述主体中。
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