CN103683369B - 充放电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种充放电系统，该充放电系统即使在长时间连接到智能电网的情况下，也能降低功耗，抑制元器件的劣化。充放电系统装载于利用充电到电池（4）中的电力来驱动电动机（7）以作为驱动源的电动车辆（1），对从车辆外部向所述电池的充电及从电池（4）向车辆外部的放电中的至少一方进行控制，充放电系统包括供电部（9），该供电部（9）对供电进行控制，使得在电池与车辆外部之间进行充放电时，仅向与电动机（7）的驱动电力的布线系统相连接的部位中对充放电有贡献的部位供电。

Description

充放电系统
技术领域
本发明涉及充放电系统，特别涉及电动车辆的电池的充放电系统。
背景技术
近年来，被称为“智能电网”的下一代电力网的开发受到关注。智能电网的一个目的在于优化电力的供需，如专利文献1所示，提出有将电动车辆（Electric Vehicle）的电池用作为降低各家庭的电力需求高峰的缓冲。
例如，在电力需求较少的时间段对电动车辆的电池进行充电，在电力需求高峰时从电动车辆的电池放电，从而能降低电力需求高峰。此外，电力需求较少的时间段内电力成本一般较为便宜，因此，将在该时间段内充电的电力用在电力成本较高的时间段内，从而能节约各家庭的电费。此外，在停电等非常时期，通过从电动车辆的电池进行放电，从而能作为非常时期的电源来使用。
在专利文献2、3中，示出现有的电动车辆的结构的一个示例。构成为在这些电动车辆的高压布线系统连接有车辆驱动用电池、高压系统设备（驱动电动机控制装置、车载充电器）、高压继电器等，将充放电枪连接到车辆，从而向与高压布线系统相关的所有设备供电。
此处，电动车辆有将充电到充电电池（以下称为“电池”）的电力作为驱动源来驱动电动机以获得动力的电动汽车、及将发动机与电动机共用的插电式混合动力车（PHEV）等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2012－85383号公报
专利文献2：日本专利特开2012－85432号公报
专利文献3：日本专利特开2011－182518号公报
发明内容
在上述那样的现有的电动车辆中，并未设想将电动车辆连接到智能电网，长时间进行充放电的情况，而是构成为在将充放电枪连接到车辆时，将与高压布线系统相关的所有设备的电源接通，因此，在连接到智能电网时，驱动电动机控制装置等与充放电不相关的设备的电源也会长时间接通。由此，产生造成无用的功耗、元器件提早劣化的问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种充放电系统，该充放电系统即使在长时间连接到智能电网的情况下，也能降低功耗，抑制元器件的劣化。
本发明所涉及的充放电系统装载于利用充电到电池中的电力来驱动电动机以作为驱动源的电动车辆，对从车辆外部向所述电池的充电及从所述电池向所述车辆外部的放电中的至少一方进行控制，其中，所述充放电系统包括供电部，该供电部对供电进行控制，使得在所述电池与所述车辆外部之间进行充放电时，仅向与所述电动机的驱动电力的布线系统相连接的部位中对充放电有贡献的部位供电。
根据本发明所涉及的充放电系统，由于包括供电部，该供电部对供电进行控制，使得在电池与车辆外部之间进行充放电时，仅向对充放电有贡献的部位供电，因此，即使在长时间连接到智能电网的情况下，也能降低功耗，抑制元器件的劣化。
附图说明
图1是表示包括本发明所涉及的实施方式的充放电系统的电动车辆1的结构的框图。
图2是对本发明所涉及的实施方式的充放电系统在充放电时的动作进行说明的流程图。
图3是对本发明所涉及的实施方式的充放电系统在行驶时的动作进行说明的流程图。
图4是表示在高压布线系统中具有高压继电器的充放电系统的一个示例的框图。
图5是表示采用1个供电部的充放电系统的一个示例的框图。
图6是对供电部中的供电目标的变更动作进行说明的流程图。
图7是表示包括对供电部进行调停动作的部位的充放电系统的一个示例的框图。
图8是对供电调停部所进行的对供电部的调停动作进行说明的流程图。
图9是对高压布线系统的异常检测的动作进行说明的流程图。
具体实施方式
<实施方式>
<装置结构>
图1是表示包括本发明所涉及的实施方式的充放电系统的电动车辆1的结构的框图。
如图1所示，电动车辆1具有与设置于车辆外部的智能电网用充放电对应设备2之间经由充放电枪GN进行电力交换的结构。智能电网用充放电对应设备2包括设置于公共设施、工厂设施的充电站及与设置于家庭的智能电网的连接设备。
而且，智能电网用充放电对应设备2与电动车辆1之间利用充放电枪GN进行电连接。充放电枪GN与车辆连接部3相连接，是用于充放电的专用线缆，具有：在智能电网用充放电对应设备2与电动车辆1之间进行电力交换的高压布线；在智能电网用充放电对应设备2与电动车辆1之间进行信号交换的信号线。另外，在图1以下的框图中，用粗实线表示对电动机的驱动电力进行送电的布线系统即高压布线，用细实线表示各设备的电源线，用虚线表示信号线。
电动车辆1包括：作为电动车辆1的动力源的驱动电动机7；作为其电力源的电池4；通过对提供给驱动电动机7的电力进行控制从而控制驱动电动机7的驱动电动机控制部8；对电池4的蓄电量、温度等状态进行监控的电池管理单元（BMU）5；对从智能电网用充放电对应设备2向电池4的充电、及从电池4向智能电网用充放电对应设备2的放电进行控制的充放电控制部6；向BMU5及充放电控制部6供电的供电部9（第1供电部）；及向BMU5及驱动电动机控制部8供电的供电部10（第2供电部）。构成为从使电动车辆1行驶时驾驶员所操作的点火开关11向供电部10提供点火信号。此外，构成为向供电部9提供在车辆连接部3连接了充放电枪GN时车辆连接部3所输出的连接信号。另外，上述结构仅是与本发明相关的结构，省略了与本发明关系不大的结构。
<装置动作>
接下来，说明本发明所涉及的实施方式的充放电系统的动作。首先，利用图2所示的流程图对充放电时的动作进行说明。
在对电池4进行充放电时，将附属于智能电网用充放电对应设备2的充放电枪GN与车辆连接部3进行连接，而通过将充放电枪GN连接到车辆连接部3，供电部9就检测出充放电枪GN的连接（步骤S1）。这是通过将连接了充放电枪GN时车辆连接部3所输出的连接信号提供给供电部9、而供电部9检测出该连接信号来实现的。
然后，以检测出充放电枪GN的连接为触发，供电部9开始向BMU5及充放电控制部6供电（一般为12～14V），BMU5及充放电控制部6启动（步骤S2）。另外，由于将检测出充放电枪GN的连接作为供电的触发，因此，能较简便地控制供电。
充放电控制部6经由信号线从智能电网用充放电对应设备2接收与充放电相关的指示，基于从BMU5提供的电池状态的信息，控制向电池4的充电或从电池4的放电（步骤S3）。
此处，所谓从BMU5提供的电池状态的信息，例如是电池4当前的蓄电容量、电压，若这些值为预先确定的值以上，则进行如下控制：为了防止过充电，不进行充电，或减小充电电流。另一方面，若电池4的当前蓄电容量、电压小于预先确定的值，则进行如下控制：为了防止过放电，不进行放电。
此外，电池状态的信息还包含电池4的温度，若当前温度为预先确定的值以上，则进行如下控制：为了防止过热，不进行充电，或减小充电电流。另外，上述“电池的蓄电容量”、“电池的电压”、“电池的温度”等信息从BMU5周期性地发送到充放电控制部6。
若对电池4的充放电结束，从车辆连接部3卸下充放电枪GN，则供电部9检测出充放电枪GN已被卸下这一情况（步骤S4）。这通过因卸下充放电枪GN而导致来自车辆连接部3的连接信号中断、而供电部9检测出该情况来实现。
然后，检测出充放电枪GN已被卸下这一情况的供电部9停止对BMU5及充放电控制部6的供电，BMU5及充放电控制部6的动作结束（步骤S5）。
接下来，利用图3所示的流程图对车辆行驶时的动作进行说明。若在电动车辆1开始行驶时，驾驶员将点火开关11接通，则供电部10检测出点火开关11的接通（步骤S11）。这通过将因点火开关11接通而输出的点火信号提供给供电部10、而供电部10检测出该点火信号来实现。
然后，以检测出点火开关11的接通为触发，供电部10开始对BMU5及驱动电动机控制部8供电，BMU5及驱动电动机控制部8启动（步骤S12）。另外，点火开关11具有插拔点火钥匙的关断位置、使汽车音响等辅助设备动作的辅助位置、将驱动电动机起动的起动位置等，而本实施方式中的点火开关11的接通，是指将点火钥匙旋转到将驱动电动机起动的起动位置的状态。
驱动电动机控制部8基于驾驶员的油门（未图示）及刹车踏板（未图示）的操作、从BMU5接收到的电池状态，控制驱动电动机7。由此，电动车辆1行驶（步骤S13）。
若在电动车辆1结束行驶时，驾驶员将点火开关11断开，则供电部10检测出点火开关11的断开（步骤S14）。这通过因断开点火开关11而将断开信号提供给供电部10、而供电部10检测出该信号来实现。
然后，检测出点火开关11的断开的供电部10停止对BMU5及驱动电动机控制部8的供电，BMU5及驱动电动机控制部8的动作结束（步骤S15）。
如上所述，在本发明所涉及的实施方式的充放电系统中，在充放电时，仅向与从车外的智能电网用充放电对应设备2到电池4的充放电有关的部位供电，而不向驱动电动机控制部8供电，因此，驱动电动机控制部8不会耗电，此外，驱动电动机控制部8的元器件也不会过早劣化。
<变形例1>
在以上说明的实施方式中，示出对高压布线系统不设置高压继电器的结构，但也可以构成为在适当的位置配置高压继电器，利用充放电控制部6、驱动电动机控制部8等，对高压继电器进行开关控制。
图4是表示在高压布线系统中具有高压继电器的充放电系统的一个示例的框图。如图4所示，在电动车辆1A中，采用如下结构：在驱动电动机控制部8与电池4之间的高压布线上夹插高压继电器15，在电池4与充放电控制部6之间的高压布线上夹插高压继电器16。此外，对与图1所示的电动车辆1相同的结构标注相同标号，省略其重复说明。
通过采用这种结构，例如在充放电控制部6发生了某些异常的情况下，充放电控制部6将高压继电器16关断，在电气上切断电池4和充放电控制部6，从而能保护电池4和充放电控制部6。
此外，在驱动电动机控制部8发生了某些异常的情况下，驱动电动机控制部8将高压继电器15关断，在电气上切断电池4和驱动电动机控制部8，从而能保护电池4和驱动电动机控制部8。
<变形例2>
此外，在以上说明的实施方式中，示出通过利用供电部9及10，在充放电时和车辆行驶时改变供电目标的结构，但也可以构成为采用1个供电部，根据点火信号、充放电枪GN的连接信号，变更供电目标。
图5是表示采用1个供电部的充放电系统的一个示例的框图。如图5所示，在电动车辆1B中，采用由供电部21向BMU5、充放电控制部6及驱动电动机控制部8供电的结构，供电部21决定供电目标并分配供电。
另外，构成为从点火开关11向供电部21提供点火信号，并且，向供电部21提供在车辆连接部3连接了充放电枪GN时车辆连接部3所输出的连接信号。
通过采用这种结构，能减少供电部的个数，抑制制造成本的增加。
以下，利用图6所示的流程图对供电部21中的供电目标的变更动作进行说明。
供电部21定期进行确认是否从车辆连接部3输出有充放电枪GN的连接信号、及是否从点火开关11输出有点火信号的动作（步骤S21），在判断为充放电枪GN与车辆连接部3相连接、且点火关断（未提供点火信号）的情况下，开始对BMU5及充放电控制部6供电（步骤S22）。
另一方面，在步骤S21中判断为不是充放电枪GN与车辆连接部3相连接且点火关断的情况下，前进至步骤S23。
在步骤S23中判断为充放电枪GN不与车辆连接部3相连接、且点火接通（提供点火信号）的情况下，开始对BMU5及驱动电动机控制部8供电（步骤S24）。
另一方面，在步骤S23中判断为不是充放电枪GN不与车辆连接部3相连接且点火接通的情况下，前进至步骤S25，停止对BMU5、充放电控制部6及驱动电动机控制部8的供电。
在此情况下，考虑充放电枪GN与车辆连接部3相连接且点火接通的情况、及充放电枪GN未与车辆连接部3相连接且点火关断的情况，但对于前者的情况，为了防止电动车辆在与智能电网用充放电对应设备2相连接的状态下行驶，停止对所有部位的供电，对于后者的情况，不会与智能电网用充放电对应设备2之间进行充放电，视为没有行驶的意图，停止对所有部位的供电。
<变形例3>
此外，在以上说明的实施方式中，虽然说明了以检测出点火开关11的接通为触发、供电部10开始对BMU5及驱动电动机控制部8供电的控制（第1控制），但也可以在连接有充放电枪GN的状态下点火开关11变成接通的情况下，进行停止向驱动电动机控制部8的供电的控制（第2控制），此外，在向驱动电动机控制部8供电的状态下连接了充放电枪GN的情况下，进行停止向充放电控制部6的供电的控制（第3控制）。
图7是表示包括对供电部9、10进行调停动作的部位的充放电系统的一个示例的框图。如图7所示，在电动车辆1C中，包括对供电部9、10进行调停动作的供电调停部31，构成为从点火开关11向供电调停部31提供点火信号，并从车辆连接部3向供电调停部31提供连接信号。此外，供电调停部31构成为对供电部9、10提供控制信号，并从供电部9、10接收表示动作状态的信号。
通过采用这种结构，由于在连接有充放电枪GN的状态下点火开关11变成接通的情况下，停止向驱动电动机控制部8的供电，此外，在向驱动电动机控制部8供电的状态下连接了充放电枪GN的情况下，停止向充放电控制部6的供电，因此，可防止电动车辆在与智能电网用充放电对应设备2相连接的状态下行驶。
以下，利用图8所示的流程图对供电调停部31所进行的对供电部9、10的调停动作进行说明。
供电调停部31定期进行确认是否从车辆连接部3输出有充放电枪GN的连接信号、及是否从点火开关11输出有点火信号的动作，在步骤S31中判断为充放电枪GN与车辆连接部3相连接的情况下，确认供电部10是否正在向规定的部位供电（步骤S32）。然后，在步骤S32中判断为供电部10不在供电的情况下，控制供电部9，开始对BMU5及充放电控制部6的供电（步骤S33），前进至步骤S34。此外，在步骤S32中判断为供电部10正在供电的情况下，前进至步骤S34。
另一方面，在步骤S31中判断为充放电枪GN未与车辆连接部3相连接的情况下，控制供电部9，停止对BMU5及充放电控制部6的供电（步骤S37），前进至步骤S34。
在步骤S34中，供电调停部31判断点火是否接通（提供有点火信号），在判断为点火接通的情况下，确认供电部9是否正在向规定的部位供电（步骤S35）。然后，在步骤S35中判断为供电部9不在供电的情况下，控制供电部10，开始对BMU5及驱动电动机控制部8的供电（步骤S36）。
另一方面，在步骤S34中判断为点火关断的情况下，控制供电部10，停止对BMU5及驱动电动机控制部8的供电（步骤S38）。
此外，在步骤S35中判断为供电部9正在供电的情况下，继续充放电。
<变形例4>
此外，在以上说明的实施方式中，虽然说明了以充放电枪GN与车辆连接部3连接及从车辆连接部3卸下充放电枪GN为触发，来决定充放电的开始及结束（供电的开始及结束）的情况，但也可以根据与智能电网用充放电对应设备2等车辆外部的设备的通信内容，决定充放电的开始及结束。
即，也可以构成为供电部9从智能电网用充放电对应设备2等车辆外部的设备接收充电开始指示、充电电流指示、充电结束指示、放电开始指示、放电电流指示、放电结束指示等控制信号，决定充放电的开始及结束。此外，也可以构成为将这些控制信号也提供给充放电控制部6，进行充电电流、放电电流的控制。
通过采用这种结构，不仅能决定充放电的开始及结束，还能进行充电电流、放电电流的控制。
<变形例5>
此外，在以上说明的实施方式中，示出在充放电时不向驱动电动机控制部8供电的结构，但也可以构成为在进行充放电之前，不仅对从车外的智能电网用充放电对应设备2到电池4的与充放电相关的部位（充放电控制部6、BMU5）进行供电，对其他部位（驱动电动机控制部8）也暂时供电，进行电动车辆内的高压布线系统的异常检查。
通过采用这种结构，能在车辆起动时（充电枪连接时或点火接通时）确认系统整体有无异常，还能将行驶时及充放电时的起动程序公共化，从而能简化软件。
以下，利用图9所示的流程图对高压布线系统的异常检查动作进行说明。
在供电部9检测出充放电枪GN的连接、或供电部10检测出点火开关11的接通时，供电部9开始对BMU5及充放电控制部6供电，供电部10开始对BMU5及驱动电动机控制部8供电（步骤S41）。另外，BMU5构成为在由供电部9、10双方供电的情况下，切断其中一方。
然后，启动后的BMU5、充放电控制部6及驱动电动机控制部8实施高压布线系统的异常检查（步骤S42），确认高压布线系统有无异常（步骤S43）。这通过BMU5、充放电控制部6及驱动电动机控制部8分别进行各自的动作检查来执行。然后，在高压布线系统中发现了异常的情况下，供电部9、10停止供电（步骤S46）。
另一方面，在高压布线系统中未发现异常的情况下，在供电部9中确认是否连接有充放电枪GN（步骤S44），在判断为连接有充放电枪GN的情况下，供电部10停止供电（步骤S45）。在此情况下，采用在供电部9与供电部10之间进行信息交换的结构，构成为通过将连接有充放电枪GN的信息提供给供电部10，从而供电部10停止供电即可。
此外，在步骤S44中判断为未连接有充放电枪GN的情况下，由于点火开关11接通，因此，供电部9停止供电（步骤S47）。
通过这种动作来进行电动车辆的高压布线系统的异常检查之后，在行驶的情况下，将行驶时不需要的充放电控制部6的电源关断，在充放电的情况下，将充放电时不需要的驱动电动机控制部8的电源关断。
<变形例6>
此外，在以上说明的实施方式中，虽然说明了进行从智能电网用充放电对应设备2向电池4的充电、及从电池4向智能电网用充放电对应设备2的放电这两者的充放电系统，但本发明也可适用于仅进行充电、放电中的一种的系统。
另外，本发明在其发明范围内可对实施方式进行适当变形、省略。
标号说明
1、1A、1B、1C电动车辆，4电池，5电池管理单元（BMU），6充放电控制部，7驱动电动机，8驱动电动机控制部。

Claims (3)

1.一种充放电系统，该充放电系统装载于利用充电到电池中的电力来驱动电动机以作为驱动源的电动车辆，对从车辆外部向所述电池的充电及从所述电池向所述车辆外部的放电中的至少一方进行控制，其特征在于，
所述充放电系统包括供电部，该供电部对供电进行控制，使得在所述电池与所述车辆外部之间进行充放电时，仅向与所述电动机的驱动电力的布线系统相连接的部位中对充放电有贡献的部位供电，
所述充放电系统包括：
控制对所述电池的充放电的充放电控制部；及
对所述电池的状态进行监控的电池管理单元，
所述供电部在所述电池与所述车辆外部之间进行充放电时，仅向所述充放电控制部及所述电池管理单元供电，
所述供电部在接收到在起动所述电动车辆的点火开关接通的状态下所输出的点火信号的情况、以及用于所述电池与所述车辆外部之间充放电的专用线缆连接到所述电动车辆的情况中的任一种情况下，都利用公共化的起动程序，暂时向所述充放电控制部、所述电池管理单元及控制所述电动机的驱动电动机控制部均进行供电，所述充放电控制部、所述电池管理单元及所述驱动电动机控制部都进行自身的异常检查。
2.如权利要求1所述的充放电系统，其特征在于，
所述供电部以用于所述电池与所述车辆外部之间充放电的专用线缆与所述电动车辆连接及从所述电动车辆卸下为触发，分别控制供电的开始及结束。
3.如权利要求1所述的充放电系统，其特征在于，
所述供电部经由用于所述电池与所述车辆外部之间充放电的专用线缆，基于从所述车辆外部提供的控制信号，分别控制供电的开始及结束。
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