CN103124091B

CN103124091B - 充电***及电动车辆

Info

Publication number: CN103124091B
Application number: CN201210454183.5A
Authority: CN
Inventors: 大伴洋祐
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2032-11-13
Also published as: DE102012110525B4; US20130127414A1; CN103124091A; JP5378489B2; JP2013108793A; DE102012110525A1; US8860368B2

Abstract

本发明能够准确地判断充电器与电动车辆之间的通电状态。电动车辆的电池以恒定电流充电进行充电。计算对充电器侧的供应电压Vs实施了滤波处理的充电器侧数据Ds，并计算对电动车辆侧的接收电压Vr实施了滤波处理的车辆侧数据Dr。基于充电器侧数据Ds的上升速度的变化，在充电器侧数据Ds中设定基准点α1。同样地，基于车辆侧数据Dr的上升速度的变化，在车辆侧数据Dr中设定基准点α2。然后，在判断充电器与电动车辆之间的绝缘不良等时，基于基准点α1、α2计算充电器侧数据Ds与车辆侧数据Dr之间的时间延迟T，并比较基于时间延迟T而使其变成同步的充电器侧数据Ds和车辆侧数据Dr。

Description

充电***及电动车辆

技术领域

本发明涉及充电***及电动车辆，尤其涉及用于判断充电器与电动车辆之间的通电状态的技术。

背景技术

近年来，正在推进作为动力源而具有电动发动机的电动车辆的开发工作。在对搭载于电动车辆的电池等蓄电装置充电时，从充电器延伸出来的充电电缆连接到电动车辆的充电口（例如，参照专利文献1）。此外，在作为动力源而具有引擎和电动发动机的混合型电动车辆中，也正在开发可通过充电器对蓄电装置充电的所谓***连接（plug-in）方式的混合型电动车辆。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-83670号公报

然而，由充电器对电动车辆供应的电力具有高电压和高容量，因此为了预先防止漏电等而确保充电时的安全性，需要监视绝缘不良和充电电缆的断线等。作为对绝缘不良等的监视方法，可以举出比较充电器侧的供应电压和电动车辆侧的接收电压的方法和比较充电器侧的供应电流和电动车辆侧的接收电流的方法。当供应电压和接收电压相差很大时，或者当供应电流和接收电流相差很大时，可以推测到电力还流向电动车辆之外的地方，因此判定发生了绝缘不良等现象。

如此地检测绝缘不良等现象时，将会使用由电压传感器或电流传感器输出的电压数据或电流数据，而在使用这些数据时通常进行移动平均处理等滤波处理而排除噪声影响。但是，滤波处理后的电压数据和电流数据会发生时间延迟，因此单纯地比较充电器侧和电动车辆侧的电压数据等，是引起绝缘不良等的错误判定的重要原因。也就是说，当充电器侧和电动车辆侧的延迟时间存在差异，且充电器侧和电动车辆侧的数据没有被同步时，可以设想到会存在虽然没有发生绝缘不良等，但是双方的数据相差很大，或者虽然发生了绝缘不良等，但是双方的数据却不发生差异的情况。

发明内容

本发明的目的在于准确判定充电器和电动车辆之间的通电状态是否正常。

本发明的充电***为通过充电电缆连接充电器和电动车辆，以对搭载于所述电动车辆的蓄电装置进行充电的充电***，其特征在于包括：第一基准设定模块，对于对所述充电器侧的供应电压、供应电流或者供应功率进行预定的滤波处理而算出的供应侧处理数据，基于所述供应侧处理数据的变化率设定基准点；第二基准设定模块，对于对所述电动车辆侧的接收电压、接收电流或者接收功率进行预定的滤波处理而算出的接收侧处理数据，基于所述接收侧处理数据的变化率设定基准点；数据同步模块，基于所述供应侧处理数据和所述接收侧处理数据的基准点，使所述供应侧处理数据和所述接收侧处理数据同步；判定模块，比较变成同步的所述供应侧处理数据和所述接受测处理数据，以判断所述充电器与所述电动车辆之间的通电状态是否正常。

本发明的充电***的特征在于，所述充电器进行使所述供应电流上升至预定电流之后保持为所述预定电流的恒定电流充电，所述第一基准设定模块检测所述供应电流的上升过程与保持过程中的所述供应侧处理数据的变化率之差，在上升过程转换为保持过程的部分的所述供应侧处理数据设定基准点，所述第二基准设定模块检测所述供应电流的上升过程与保持过程中的所述接收侧处理数据的变化率之差，在上升过程转换为保持过程的部分的所述接收侧处理数据设定基准点。

本发明的充电***的特征在于，所述数据同步模块基于基准点计算所述供应侧处理数据与所述接收侧处理数据之间的时间延迟，并基于时间延迟使所述供应侧处理数据与所述接收侧处理数据同步。

本发明的电动车辆具备通过充电电缆连接有充电器，并根据所述充电器进行充电的蓄电装置，本发明的电动车辆的特征在于包括：第一基准设定模块，对于对所述充电器侧的供应电压、供应电流或者供应功率进行预定的滤波处理而算出的供应侧处理数据，基于所述供应侧处理数据的变化率设定基准点；第二基准设定模块，对于对所述电动车辆侧的接收电压、接收电流或者接收功率进行预定的滤波处理而算出的接收侧处理数据，基于所述接收侧处理数据的变化率设定基准点；数据同步模块，基于所述供应侧处理数据和所述接收侧处理数据的基准点，使所述供应侧处理数据和所述接收侧处理数据同步；判定模块，比较变成同步的所述供应侧处理数据和所述接受测处理数据，以判断所述充电器与所述电动车辆之间的通电状态是否正常。

本发明的电动车辆的特征在于，所述充电器进行使所述供应电流上升至预定电流之后保持为所述预定电流的恒定电流充电，所述第一基准设定模块检测所述供应电流的上升过程与保持过程中的所述供应侧处理数据的变化率之差，在上升过程转换为保持过程的部分的所述供应侧处理数据设定基准点，所述第二基准设定模块检测所述供应电流的上升过程与保持过程中的所述接收侧处理数据的变化率之差，在上升过程转换为保持过程的部分的所述接收侧处理数据设定基准点。

本发明的电动车辆的特征在于，所述数据同步模块基于基准点计算所述供应侧处理数据与所述接收侧处理数据之间的时间延迟，并基于时间延迟使所述供应侧处理数据与所述接收侧处理数据同步。

根据本发明，由于基于供应侧处理数据的变化率在供应侧处理数据设定基准点，并基于接收侧处理数据的变化率在接收侧处理数据设定基准点，因此可基于基准点使供应侧处理数据和接收侧处理数据同步。据此，能够恰当地比较供应侧处理数据和接收侧处理数据，从而能够准确地判断充电器与电动车辆之间的通电状态是否正常。

附图说明

图1为表示本发明的一个实施方式所提供的充电***的充电状况的概略图。

图2为表示组成充电***的电动车辆的内部结构的概略图。

图3为表示组成充电***的充电器的内部结构的概略图。

图4为表示对电动车辆的充电口连接充电器的充电电缆的状态的概略图。

图5的（a）至（c）为表示有可能在充电器与电动车辆之间发生的通电异常的一个示例的说明图。

图6为表示滤波处理对接收电压和供应电压产生的影响的说明图。

图7为表示充电时的供应电流、充电器侧数据以及车辆侧数据的变化状态的曲线图；

图8为表示充电时的充电器侧数据和车辆侧数据的变化状态的说明图。

符号说明：

10：充电***

11：电动车辆

12：充电器

13：电池（蓄电装置）

14：充电电缆

33：车辆控制单元（第一基准设定模块、第二基准设定模块、数据同步模块、判定模块）

Vs：供应电压

Vr：接收电压

Is：供应电流

Ir：接收电流

I1：预定电流

Ws：供应功率

Wr：接收功率

Ds：充电器侧数据（供应侧处理数据）

Dr：车辆侧数据（接收侧处理数据）

α1、α2：基准点

T：时间延迟

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。图1为表示本发明的一个实施方式所提供的充电***10的充电状况的概略图。并且，图2为表示组成充电***10的电动车辆11的内部结构的概略图。而且，图3为表示组成充电***10的充电器12的内部结构的概略图。如图1所示，电动车辆11中作为蓄电装置搭载有电池13，在对该电池13充电时，充电器12的充电电缆14连接于电动车辆11的充电口15。而且，充电器12一边控制供应给电动车辆11的充电电流和充电电压，一边将电池13充电至达到预定电压为止。在此，通过充电器12进行的充电方式有以恒定电流对电池13进行充电的恒定电流充电、以恒定电压对电池13进行充电的恒定电压充电、以恒定功率对电池13进行充电的恒定功率充电以及通过计时器（timer）等切换恒定电流充电和恒定电压充电的恒定电流恒定电压充电等。

如图2所示，电动车辆11具有作为动力源的电动发电机20，电动发电机20通过驱动轴21连接于驱动轮22。并且，电动发电机20和电池13通过用于对直流电和交流电进行双向变换的变换器23进行连接。在此，连接电池13和变换器23的通电线24、25上设有主继电器26。并且，车体侧部的充电口15上设置有受电连接器27，受电连接器27上设有一对受电端子27a、27b。其中一个受电端子27a通过受电线28连接于正极侧的通电线24，另一个受电端子27b通过受电线29连接于负极侧的通电线25。并且，电动车辆11中设有用于检测受电线28、29的电压，即接收电压Vr的电压传感器30，同时设有用于检测受电线28的电流，即接收电流Ir的电流传感器31。进一步地，受电连接器27上设有信号端子27c，该信号端子27c上连接有通信线32。并且，电动车辆11上设有对整个车辆进行综合控制的车辆控制单元33、控制电池13的电池控制单元34、控制变换器23的电机控制单元35。这些控制单元33～35通过通信网络36相互连接。在此，各控制单元33～35通过CPU和存储器等构成。

如图3所示，充电器12中设有将来自外部电源40的交流电变换为充电用的直流电的电力变换单元41。该电力变换单元41由整流电路、变压器、开关电路等构成。并且，设在充电器12的充电电缆14的前端处设有相对于受电连接器27可自由装卸的供电连接器42。该供电连接器42上设有与受电连接器27的受电端子27a、27b对应的一对供电端子42a、42b。其中一个供电端子42a通过供电线43连接于电力变换单元41的正极端子41a，另一个供电端子42b通过供电线44连接于电力变换单元41的负极端子41b。并且，充电器12中设有用于检测供电线43、44的电压，即供应电压Vs的电压传感器45，同时设有用于检测供电线43的电流，即供应电流Is的电流传感器46。进一步地，供电连接器42上设有信号端子42c，该信号端子42c上连接有通信线47。并且，充电器12中设有由CPU和存储器等构成的充电控制单元48，由充电控制单元48对电力变换单元41输出控制信号。

在此，图4为表示对电动车辆11的充电口15连接充电器12的充电电缆14的状态的概略图。如图4所示，通过在充电口15的受电连接器27上连接充电电缆14的供电连接器42，变成通过供电线43、44和受电线28、29连接电力变换单元41和电池13的状态。并且，通过在充电口15的受电连接器27上连接充电电缆14的供电连接器42，变成经由通信线32、47连接车辆控制单元33和充电控制单元48的状态。如此，当充电器12和电动车辆11连接时，通过通信线32、47由车辆控制单元33向充电控制单元48发送充电信息。该充电信息包括电流指令值、电压指令值、电池温度、充电状态SOC等。然后，为了获得对应于电流指令值的供应电流Is或对应于电压指令值的供应电压Vs，充电控制单元48向电力变换单元41输出控制信号，直至达到预定电压为止对电池13进行充电。在此，在上述的说明中，由电动车辆11向充电器12指示充电电流等，但并不局限于此，也可以由充电控制单元48设定充电电流等。

并且，在进行充电时，从充电器12向电动车辆11供应具有高电压和高容量的电力（例如，DC400V、100A），因此监视绝缘不良和供电线43、44的断线等而预先防止漏电和发热等显得非常重要。因此，车辆控制单元33在充电过程中比较接收电压Vr和供应电压Vs，且当接收电压Vr和供应电压Vs相差很大而超过预定量时，判定为发生了如图5（a）所示的供电线43、44的断线和连接器27、42的连接不良等现象。并且，车辆控制单元33在充电过程中比较接收电流Ir和供应电流Is，且当接收电流Ir和供应电流Is相差很大而超过预定量时，判定为发生了如图5（b）和图5（c）所示的供电线43、44的短路和接地等现象。如此地，起到判定模块的功能的车辆控制单元33在比较接收电压Vr和供应电压Vs的同时比较接收电流Ir和供应电流Is，由此判定充电器12和电动车辆11之间的通电状态是否正常。然后，当通电状态被认定为发生了异常时，车辆控制单元33向充电控制单元48输出充电中止信号，以断开由充电器12供应的电力。在此，图5的（a）至（c）为表示有可能在充电器12与电动车辆11之间发生的通电异常的一个示例的说明图。

然而，为了如前所述地检测通电异常，在利用由电压传感器30、45和电流传感器31、46检测出的接收电压Vr、供应电压Vs、接收电流Ir、供应电流Is时，需要进行移动平均处理和加权平均处理等滤波处理而排除噪声的影响。在此，图6为表示滤波处理对接收电压Vr和供应电压Vs产生的影响的说明图。在此，虽然图6中表示滤波处理对接收电压Vr和供应电压Vs产生的影响，但是滤波处理对接收电流Ir和供应电流Is也产生相同的影响。如图6所示，对通过电压传感器30、45检测出的实测数据进行滤波处理，并由实测数据加工出滤波处理后的判定用数据时，实测数据和判定用数据之间会发生时间延迟。伴随该滤波处理的时间延迟的长度根据滤波处理的内容而变化。即，当对电动车辆侧的接收电压Vr和接收电流Ir实施的滤波处理和对充电器侧的供应电压Vs和供应电流Is实施的滤波处理不同时，基于接收电压Vr和接收电流Ir的车辆侧数据（接收侧处理数据）Dr和基于供应电压Vs和供应电流Is的充电器侧数据（供应侧处理数据）Ds之间将会发生时间延迟。由此，为了比较车辆侧数据Dr和充电器侧数据Ds而判定绝缘不良和断线等，需要掌握时间延迟而使车辆侧数据Dr和充电器侧数据Ds同步的基础上进行比较。

因此，车辆控制单元33在充电时检测车辆侧数据Dr和充电器侧数据Ds之间的时间延迟，并基于该时间延迟使车辆侧数据Dr和充电器侧数据Ds同步。然后，车辆控制单元3通过比较变成同步的车辆侧数据Dr和充电器侧数据Ds，判断充电器12与电动车辆11之间的通电状态是否正常。在此，在本实施方式，通过车辆控制单元33计算车辆侧数据Dr，通过充电控制单元48计算充电器侧数据Ds。并且，通过充电控制单元48算出的充电器侧数据Ds经由通信线32、47被发送至车辆控制单元33。

在此，图7为表示充电时的供应电流Is、充电器侧数据Ds以及车辆侧数据Dr的变化状态的曲线图。需要说明的是，在以下的说明中，所谓充电器侧数据Ds是指对供应电压Vs实施了滤波处理的数据，所谓车辆侧数据Dr是指对接收电压Vr实施了滤波处理的数据。如图7所示，充电器12通过恒定电流充电对电池13进行充电。充电器12从充电开始使供应电流Is以预定的上升速度上升至预定电流I1之后（上升过程），调整为使供应电压Vs上升的同时使供应电流Is保持预定电流I1（保持过程）。该保持过程持续至电池侧的接收电压Vr达到预定的目标电压为止。在此后的下降过程中，充电器12使供应电流Is缓慢地下降的同时，直至接收电压Vr达到最终目标电压为止继续充电。在该恒定电流充电中，供应电压Vs和接收电压Vr，即充电器侧数据Ds和车辆侧数据Dr在上升过程中以第一上升速度急速上升，在保持过程中以慢于第一上升速度的第二上升速度缓慢地上升。

并且，图8为表示充电时的充电器侧数据Ds以及车辆侧数据Dr的变化状态的说明图。在此，图8的说明图为对图7所示的充电器侧数据Ds以及车辆侧数据Dr的曲线图赋予了说明的图。如图8所示，起到第一基准设定模块的功能的车辆控制单元33基于上升过程与保持过程中的充电器侧数据Ds的上升速度（变化率）之差，在由上升过程转换为保持过程的部分的充电器侧数据Ds设定基准点α1。即，将充电器侧数据Ds的上升速度超出预定值而变化的点设定为基准点α1。同样地，起到第二基准设定模块的功能的车辆控制单元33基于上升过程与保持过程中的车辆侧数据Dr的上升速度（变化率）之差，在由上升过程转换为保持过程的部分的车辆侧数据Dr设定基准点α2。即，将车辆侧数据Dr的上升速度超出预定值而变化的点设定为基准点α2。在此，由于用于测量供应电压Vs的供电线43、44和用于测量接收电压Vr的受电线28、29被连接，因此如图8的放大部分所示，供应电压Vs和接收电压Vr的上升速度在同一时刻发生变化。即，将供应电压Vs作为基础的充电器侧数据Ds的上升速度和将接收电压Vr作为基础的车辆侧数据Dr的上升速度在同一时刻发生变化，因此基准点α1、α2在时间上变成同一时刻。

如此，由于充电器侧数据Ds的基准点α1和车辆侧数据Dr的基准点α2为同一时刻，因此起到数据同步模块的功能的车辆控制单元33测量基准点α1与基准点α2的时间间隔，以计算因滤波处理引起的充电器侧数据Ds与车辆侧数据Dr的时间延迟T（例如，0.5秒）。然后，在判断绝缘不良和断线等通电异常时，在考虑时间延迟T的情况下比较充电器侧数据Ds（符号β1）和车辆侧数据Dr（符号β2）。即，单纯地对在同一时刻输出数据的充电器侧数据Ds（符号β1）和车辆侧数据Dr（符号β2）进行比较时，会误判断为充电器侧数据Ds与车辆侧数据Dr发生差ΔV2的差异。针对此，通过基于时间延迟T使车辆侧数据Dr和充电器数据Ds同步，从而能够对充电器侧数据Ds（符号β1）和车辆侧数据Dr（符号β2）进行比较。据此，能够恰当地识别充电器侧数据Ds与车辆侧数据Dr的差ΔV1，从而能够正确地判断绝缘不良和断线等。

并且，基于充电过程中的充电器侧数据Ds的上升速度设定基准点α1，基于充电过程中的车辆侧数据Dr的上升速度设定基准点α2。如此，由于利用在通常的充电过程中所出现的上升速度的变化来设定基准点α1、α2，因此无需为了设定基准点α1、α2而有意地改变供应电压Vs和供应电流Is等。即，通过使电动车辆11的车辆控制单元33起到第一基准设定模块、第二基准设定模块、数据同步模块以及判定模块的功能，从而无需变更现有的充电器12的规格便能够判定充电器12与电动车辆11之间的通电状态是否正常。

并且，在前述说明中，作为充电器侧数据Ds和车辆侧数据Dr的基准点，设定了位于上升过程与保持过程的边界处的基准点α1、α2，但并不局限于此，只要是在充电器侧数据Ds和车辆侧数据Dr上出现变化率（变化速度）的变化的时刻即可。例如，如图7所示，可以是表示充电开始的时刻的基准点A1、A2，也可以是位于保持过程与下降过程的边界处的基准点B1、B2。并且，可以是表示充电结束（电流切断）的时刻的基准点C1、C2，也可以是充电结束后表示接收电压Vr和供应电压Vs收敛为电池电压的时刻的基准点D1、D2。而且，在前述说明中，虽然以恒定电流充电对电池13进行充电，但并不局限于此，也可以在通过恒定电压充电、恒定功率充电或恒定电流恒定电压充电对电池13进行充电时适用本发明。

并且，虽然在前述说明中比较对供应电压Vs实施了滤波处理的充电器侧数据Ds和对接收电压Vr实施了滤波处理的车辆侧数据Dr，但是并不局限于此。例如，可以比较对供应电流Is实施了滤波处理的充电器侧数据Ds和对接收电流Ir实施了滤波处理的车辆侧数据Dr。并且，也可以比较对电动车辆侧的接收功率Wr（=Ir×Vr）实施了滤波处理的车辆侧数据Dr和对充电器侧的供应功率Ws（=Is×Vs）实施了滤波处理的充电器侧数据Ds。在这些情况中，同样基于充电器侧数据Ds和车辆侧数据Dr的上升速度（变化率）和下降速度（变化率），对充电器侧数据Ds和车辆侧数据Dr设定基准点。

当然，本发明并不限定于前述实施方式，在不脱离其要旨的范围内可进行各种变更。在前述说明中，使车辆控制单元33起到第一基准设定模块、第二基准设定模块、数据同步模块、判定模块的功能，但并不局限于此。例如，可以将第一基准设定模块、第二基准设定模块、数据同步模块以及判定模块的各个模块汇集到充电控制单元48和车辆控制单元33中的一个单元中，也可以分散到充电控制单元48和车辆控制单元33这两个单元中。需要说明的是，虽然在前述说明中，由车辆控制单元33计算车辆侧数据Dr，但是当使充电控制单元48计算车辆侧数据Dr时，接收电压Vr、接收电流Ir或者接收功率Wr通过通信线32、47被传送至充电控制单元48。同样地，虽然由充电控制单元48计算充电器侧数据Ds，但是当使车辆控制单元33计算充电器侧数据Ds时，供应电压Vs、供应电流Is或者供应功率Ws通过通信线32、47被传送至车辆控制单元33。

并且，作为计算车辆侧数据Dr时的滤波处理和计算充电器侧数据Ds时的滤波处理，列举了移动平均处理和加权平均处理，但并不局限于这些处理方法。并且，可以利用电路以硬件方式进行滤波处理，也可以使用程序以软件方式进行滤波处理。并且，图示的电动车辆11为作为驱动源而只具备电动发电机20的电动车辆11，但是也可以是作为驱动源而具备电动发电机20和引擎的混合型电动车辆。并且，作为蓄电装置，采用了锂离子二次电池和镍氢二次电池等电池13，但并不局限于此，作为蓄电装置可以使用锂离子电容器和双电层电容器等电容器。需要说明的是，在前述的说明中，使用了在充电电缆14具备接触式的供电连接器42的导电方式的充电器12，但并不局限于此，可以使用在充电电缆具备非接触式的供电连接器的感应方式的充电器。

Claims

1.一种充电***，通过充电电缆连接充电器和电动车辆，以对搭载于所述电动车辆的蓄电装置进行充电，其特征在于，所述充电***包括：

第一基准设定模块，对于对所述充电器侧的供应电压、供应电流或者供应功率进行预定的滤波处理而算出的供应侧处理数据，基于所述供应侧处理数据的变化率设定基准点；

第二基准设定模块，对于对所述电动车辆侧的接收电压、接收电流或者接收功率进行预定的滤波处理而算出的接收侧处理数据，基于所述接收侧处理数据的变化率设定基准点；

数据同步模块，基于所述供应侧处理数据和所述接收侧处理数据的基准点，使所述供应侧处理数据和所述接收侧处理数据同步；

判定模块，比较变成同步的所述供应侧处理数据和所述接收侧处理数据，以判断所述充电器与所述电动车辆之间的通电状态是否正常。

2.如权利要求1所述的充电***，其特征在于，所述充电器进行使所述供应电流上升至预定电流之后保持为所述预定电流的恒定电流充电，

所述第一基准设定模块检测所述供应电流的上升过程与保持过程中的所述供应侧处理数据的变化率之差，在由上升过程转换为保持过程的部分的所述供应侧处理数据设定基准点，

所述第二基准设定模块检测所述供应电流的上升过程与保持过程中的所述接收侧处理数据的变化率之差，在由上升过程转换为保持过程的部分的所述接收侧处理数据设定基准点。

3.如权利要求1或2所述的充电***，其特征在于，所述数据同步模块基于基准点计算所述供应侧处理数据与所述接收侧处理数据之间的时间延迟，并基于时间延迟使所述供应侧处理数据与所述接收侧处理数据同步。

4.一种电动车辆，具备通过充电电缆连接有充电器，并通过所述充电器进行充电的蓄电装置，其特征在于，所述电动车辆包括：

5.如权利要求4所述的电动车辆，其特征在于，所述充电器进行使所述供应电流上升至预定电流之后保持为所述预定电流的恒定电流充电，

6.如权利要求4或5所述的电动车辆，其特征在于，所述数据同步模块基于基准点计算所述供应侧处理数据与所述接收侧处理数据之间的时间延迟，并基于时间延迟使所述供应侧处理数据与所述接收侧处理数据同步。