车辆充电设备的制作方法
【专利摘要】车辆充电设备（40），其安装在车辆上，用于利用连接至所述车辆的充电插头（20）从外部电源（14）向车载电池（60）进行充电，所述车辆充电设备包括通信装置（42），所述通信装置（42）被配置为利用连接并锁定至车辆的充电插头（20）与提供所述外部电源（14）的充电设施（10）进行通信。在从外部电源（14）向车载电池（60）充电期间执行对所述充电插头（20）解锁的解锁操作时，所述通信装置（42）禁止所述通信的断开。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种安装在车辆上的车辆充电设备，其用于通过连接至车辆的充电插 头，从外部电源向车载电池进行充电。 车辆充电设备
【背景技术】
[0002] 已有这一类型的传统车辆充电设备(例如参见W02010/150360)。
[0003] 这一传统类型的车辆充电设备用于基于导频信号的电压值（S卩，控制导频线传输 (Control Pilot Line Transmission, CPLT)信号)，判断车辆侧充电设施的额定电流，但其 不涉及在充电期间充电设备与车辆之间的通信。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述问题，本发明提供了一种车辆充电设备，其具有实现在充电期间充电设 施与车辆之间的通信的功能，并能在充电期间执行充电插头的解锁操作时防止通信的断 开。
[0005] 本发明的一方面提供了一种车辆充电设备，其安装在车辆上，用于利用连接至车 辆的充电插头从外部电源向车载电池进行充电，所述车辆充电设备包括：通信装置，其被配 置为在所述充电插头连接并锁定至车辆时，与提供所述外部电源的充电设施进行通信。所 述通信装置在从外部电源向车载电池充电期间执行对所述充电插头解锁的解锁操作时，禁 止所述通信的断开。
[0006] 在所述车辆充电设备中，禁止所述通信的断开可优选地包括停止所述通信进行所 基于的开放系统互连（Open Systems Interconnection, 0SI)参考模型中的应用层的通 信，同时保持会话层及会话层以下的层的通信会话的建立状态。
[0007] 在所述车辆充电设备中，所述通信装置可优选地被配置为在从所述外部电源向所 述车载电池充电期间持续执行所述解锁操作至预定时间段时，断开所述通信。
[0008] 在所述车辆充电设备中，所述通信装置可优选地被配置为在从所述外部电源向所 述车载电池充电期间从所述车辆上物理地移除所述充电插头时，断开所述通信。
[0009] 在所述车辆充电设备中，所述通信的断开包括进行通信所基于的0SI参考模型中 的会话层及会话层以下的层的通信会话的断开。
[0010] 在所述车辆充电设备中，当所述充电插头连接并锁定至所述车辆时，在与所述充 电设施进行了用于用户验证和认证的通信之后，所述通信装置可优选地被配置为在进行所 述通信所基于的0SI参考模型的应用层中与所述充电设施进行通信。并且，在从所述外部 电源向所述车载电池充电期间执行了用于对所述充电插头解锁的解锁操作、但所述解锁操 作没有持续至所述预定时间段而是被取消了、且所述充电插头再次被锁定时，所述通信装 置可优选地被配置为不进行用于用户验证和认证的通信而恢复所述应用层中的通信。
[0011] 在所述车辆充电设备中，在从外部电源向车载电池充电期间，所述通信装置可优 选地被配置为在进行所述通信所基于的0SI参考模型的应用层中，与所述充电设施进行关 于充电量的信息的通信。
[0012] 在所述车辆充电设备中，所述车辆充电设备还可包括充电控制器，当所述充电插 头连接并锁定至车辆、且通过所述充电装置与所述充电设施之间的通信而成功地进行了用 户验证和认证时，所述充电控制器被配置为进行从所述外部电源向所述车载电池的充电。
[0013] 在所述车辆充电设备中，在从所述外部电源向所述车载电池充电期间执行用于对 所述充电插头解锁的解锁操作时，所述充电控制器被配置为暂停从所述外部电源向所述车 载电池的充电。
[0014] 上述车辆充电设备具有在充电期间实现充电设施与车辆之间的通信的功能，并能 在充电期间执行了充电插头的解锁操作时防止通信的断开。
【具体实施方式】
[0015] 以下将结合附图，描述本发明的示范性实施例的特征、优点、以及技术和工业意 义，图中相似的附图标记代表相似部件，其中： 图1为展示根据本发明一个实施例的充电站(充电设施)例子以及车辆充电设备例子的 图示； 图2为展示与图1所示的充电控制器实现的充电控制相关的主要部件的配置的图示； 图3为展示由图1所示的充电控制器实现的主要处理的例子的流程图； 图4为展示用于图1所示的车辆充电设备的通信装置与充电站侧通信装置之间进行的 通信顺序的标准的图示； 图5为展示0SI参考模型的层的图示，在该模型中，根据本实施例的通信功能被划分为 层状结构； 图6为展示根据图4所示的通信顺序、在通信装置与充电站侧通信装置之间实现的通 信处理的主要部分的一个例子的流程图； 图7为展示由图1所示的通信装置执行的通信断开判断处理的例子的流程图。
【具体实施方式】
[0016] 以下将结合附图描述用于实施本发明的实施例。图1为展示充电站10连同安装 在车辆上的车辆充电设备40的例子的图示。在图1中，充电站10通过充电插头20和电缆 24连接至车辆。充电插头20和电缆24能被配置为彼此一体化。充电插头20和电缆24可 安装在充电站10中。此外，充电插头20和电缆24可由用户携带，由用户连接至充电站10。
[0017] 所述车辆是可从外部电源充电的电动车辆。所述电动车辆典型地是插电式混合动 力车或电动车。以下将任何能从外部电源充电的电动车辆简称为"车辆"。车辆具有电池 60,该电池60是可进行外部充电的电池，用作车辆驱动电机的电源。电池60可以是能够充 电的任何电池，例如，镍金属氢化物电池或双电层电容器。电池60可通过逆变器(未图示） 连接至车辆驱动电机。
[0018] 充电站10具有充电站侧通信装置12。充电站10具有外部电源(用于供电以向电 池充电的电源)14。充电站10可以是任何类型的充电站。例如，充电站10可以是使用100V 或200V单相交流电的电源的标准充电站，或可以是使用200V三相交流电的电源的快速充 电站。
[0019] 充电站20具有解锁按钮22。一旦充电插头20以预定方式连接至车辆，则充电插 头20进入锁定状态。当在该锁定状态中用户操作(按下）解锁按钮22时，所述锁定状态被 解除。于是，用户被允许通过将充电插头20拉出、同时操作(按下)解锁按钮22而从车辆上 移除充电插头20。然而，仅通过用户操作(按下)解锁按钮22,充电插头20与车辆之间的物 理连接不会断开。即，保持物理连接，而仅有锁定被解除了。虽然充电插头20可以有多种 详细的配置选项，然而，充电插头20可以是任何配置，只要该配置具有解锁按钮22。
[0020] 车辆充电设备40安装在车辆上，并包括作为其主要部件的通信装置42和充电控 制器44。
[0021] 通信装置42可由电子控制单元（electronic control unit, EQJ)构成。EQJ例 如由包括中央处理单元（CPU)的运算处理单元构成。可由任意的硬件、软件、固件或其组合 来实现通信装置42的功能。例如，可利用专用集成电路（ASIC)、现场可编程门阵列（FPGA) 或数字信号处理器（DSP)来实现通信装置42的一些或全部功能。
[0022] 充电控制器44也可以由E⑶构成。可由任意的硬件、软件、固件或其组合来实现充 电控制器44的功能。例如，可利用通信装置42来实现充电控制器44的一些或全部功能， 并可利用充电控制器44来实现通信装置42的一些或全部功能。例如，可利用单个E⑶来 实现充电控制器44和通信装置42。
[0023] 如图1所示，在充电插头20连接至车辆的状态中，车辆充电设备40通过通信线50 连接至充电站10的充电站侧通信装置12。这使得车辆充电设备40的充电装置42能通过 通信线50与充电站10的充电站侧通信装置12进行通信。所述通信可以是使用电力线54 进行的电力线通信（power line communication, PLC)，或可以是使用非电力线54的通信 线50进行的通信。在前一种情形中，通信线50和电力线54合二为一为公共线（S卩，通信信 号被叠加在例如充电交流电压的波形中）。在后一种情形中，通信信号被叠加在CPLT信号 (直流电压）中。以下将详细描述通信装置42的通信模式。
[0024] 在充电插头20连接至车辆的状态中，表示解锁按钮22的开/关状态的信号通过 信号线52输入车辆充电设备40。这使得车辆充电设备40能够检测解锁按钮22的操作状 态。
[0025] 在充电插头20连接至车辆的状态中，电池60通过电力线54连接至外部电源14。 这样，从外部电源14向电池充电60成为可能。电池60可在充电控制器44的控制下从外 部电源14充电。
[0026] 图2为展示与通过充电控制器44进行的充电控制相关的主要部件的配置的图示。 图2仅展示了车辆侧的配置。
[0027] 如图2所示，电力线54通过连接继电器64和充电电源转换器62连接至电池60。 充电控制器44可接收这些输入：电力线54的电压(来自外部电源14的电压)、导频信号 (CPLT信号的分电压等级)、或电池60的状态。
[0028] 继电器64的开/关状态可由充电控制器44控制。当继电器64打开时，从外部电 源14向电池60充电。当继电器64关闭时，停止从外部电源14向电池60充电。
[0029] 充电电源转换器62由充电控制44控制。充电电源转换器62将外部电源14提供 的交流电转换为向电池60充电的直流电。当然，也可以采用直接从外部电源14向电池60 充电的配置。在这种情形中，可省去充电电源转换器62。
[0030] 图3是由充电控制器44实现的主要处理的例子的流程图。可以以预定间隔重复 图3所示的处理程序。
[0031] 在步骤300,判断充电插头20是否连接并锁定至车辆。可基于解锁按钮22或电力 线54的电压来作出这一判断。当充电插头20连接并锁定至车辆时，所述处理进行到步骤 302,否则返回步骤300。
[0032] 在步骤302,判断通信装置42与充电站侧通信装置12之间的用户验证和认证是否 是成功的。该判断取决于通信装置42进行的通信处理，且是基于来自通信装置42的信息 作出的。如果用户验证和认证是成功的，则处理进行到步骤304。如果用户验证和认证是不 成功的，则处理返回步骤300。
[0033] 在步骤304,开始充电。具体地，接通继电器64,并控制充电电源转换器62。
[0034] 在步骤306,判断是否满足终止条件。当充电插头20的解锁按钮22被操作时（当 完成解锁操作时)，满足充电终止条件。当电池60已完全充电时，或提供充电终止信号时(来 自另一 ECU或充电站10)，也满足充电终止条件。当满足了充电终止条件时，处理进行到步 骤310,而当未满足充电终止条件时，处理进行到步骤308。
[0035] 在步骤308,继续充电，随后处理返回步骤306。以这种方式，充电得以继续，直到 满足充电终止条件。
[0036] 在步骤310,关闭继电器64,停止(终止）充电。根据图3所示的处理，在充电插头 20连接并锁定至车辆后充电不会即刻开始，而只有当通信装置42与充电站侧通信装置12 (步骤304)之间的用户验证和认证是成功的时(步骤304)，充电才会开始。如果在充电期间 检测到解锁按钮22的操作，则为安全期间立刻通过充电控制器44使充电停止(步骤310)。 [0037] 根据图3所示的处理，操作如下进行，例如，当用户想要在充电进行时终止充电并 按下充电插头20的解锁按钮22时，但他/她又改变了主意，想要继续充电，并停止按下充 电插头20的解锁按钮22。首先，当用户想要终止充电并按下充电插头20的解锁按钮22 时，满足了充电终止条件(步骤306中的"是")，于是停止充电(步骤310)。当用户随后停止 按下充电插头20的解锁按钮22时（当解锁按钮22恢复其初始位置时)，充电插头20返回 至其连接并锁定至车辆的状态。因此，当用户停止按下充电插头20的解锁按钮22时，恢复 了步骤300的肯定判断，且如果通信装置42与充电站侧通信装置12之间的用户验证和认 证是成功的时，恢复充电。如果用户验证和认证不成功，则直到通信装置42与充电站侧通 信装置12之间的用户验证和认证是成功的时，才恢复充电。
[0038] 图4是展示通信装置42与充电站侧通信装置12之间进行的通信顺序的标准的图 示。图5是展示0SI参考模型的层的图示，其展示了层状结构的通信功能。0SI参考模型从 上到下以递减顺序包括：作为应用层的层7、作为表示层的层6、作为会话层的层5,作为传 输层的层4、作为网络层的层3、作为数据链路层的层2、作为物理层的层1。
[0039] 例如，以图4所示的标准所指定的通信顺序，基于图5所示的0SI参考模型，在通 信装置42与充电站侧通信装置12之间进行通信。
[0040] 具体地，当充电插头20连接并锁定至车辆时，从步骤400到步骤416的处理步骤 有顺序地进行。在步骤400建立高层次通信，在步骤402进行应用协议握手，在步骤404进 行用户验证，在步骤406进行认证，在步骤408进行服务检测，在步骤410进行服务选择，在 步骤412进行第一充电过程设置，在步骤414进行第二充电过程设置，在步骤416进行线 锁。随后，通信顺序进入充电循环(步骤418到420)，并在循环中重复步骤418到420。
[0041] 图6为展示根据图4所示的通信顺序、在通信装置42与充电站侧通信装置12之 间实现的通信处理的主要部分的一个例子的流程图。
[0042] 在步骤600,建立通信装置42与充电站侧通信装置12之间的链路。这是在数据数 据链路层进行的。如果数据链路层未能建立链接，则处理终止。如果数据链路层成功地建 立链接，则处理进行到步骤602。
[0043] 在步骤602中，分配因特网协议（IP)地址。这是在网络层完成的。如果网络层成 功地进行了 IP地址的分配，则处理进行到步骤604。在步骤604开始后，通信在应用层、会 话层和传输层中进行。
[0044] 在步骤604,寻找充电站。对充电站的寻找对应于用于确认正与充电装置42通信 的实体便是充电站10 (充电站侧通信装置12)的处理。如果所述处理未能寻找到充电站， 则所述处理终止。如果其成功地寻找到了充电站，则所述处理继续进行到步骤606。
[0045] 在步骤606,进行用户验证。可基于身份（ID)信息、用户ID或车辆ID来进行用户 验证。ID可由用户交互地输入，或可以从注册信息中自动提取。如果用户验证失败了，则终 止处理。如果用户验证成功了，则处理进行到步骤608。
[0046] 在步骤608中，进行验证。验证处理可包括用于确定收费充电方法的处理。收费 充电方法对应于用户为向车辆充电而付费的方法。收费充电方法可由用户交互地输入，或 可基于与电子不停车收费系统（ETC)相同的方式基于注册信息而自动确定。如果验证失败， 则终止处理。如果验证成功，则处理进行到步骤610。
[0047] 在步骤610中，在通信装置42与充电站侧通信装置12之间重复交换关于充电量 的信息。步骤610中的处理对应于图4中的充电循环(步骤418到420)。在充电期间重复 进行步骤610的处理，一旦充电完成，则图6所示的通信处理正常地终止。充电量可以是表 示车载电池已充了多少电的值。可利用充电量信息来例如向用户收费。用于重复充电量信 息的交换的周期可以是几秒到10秒左右。通信装置42与充电站侧通信装置12之间的充 电量信息的交换可用于彼此检查充电是否正常进行。替代性地，为该目的而进行的信息交 换可以作为与交换充电量信息分开的步骤610的处理。
[0048] 图7为展示由图1所示的通信装置执行的通信断开判断处理的例子的流程图。在 图6所示的步骤610的判断期间（S卩，平行于步骤610的处理)，以预定间隔重复进行图7所 示的处理程序。
[0049] 在步骤700中，判断是否操作了解锁按钮22。基于解锁按钮22的开/关状态，可 以判断是否操作了解锁按钮22。如果操作了解锁按钮22(S卩，如果按下了解锁按钮22)，则 处理进行到步骤702。
[0050] 在步骤702中，递增定时器。该增量可对应于处理程序重复执行的周期。定时器 的初始值设定为零。
[0051] 在步骤704,判断计时器指示的时间段是否比预定时间段长。换言之，判断解锁按 钮22的操作是否持续了预定时间段或更长时间段。所述预定时间段可以是例如大约八秒。 如果计时器指示的时间段比预定时间段长，则处理进行到步骤708。如果计时器指示的时间 段比预定时间段短，则处理进行到步骤706。
[0052] 在步骤706中，停止应用层的通信，同时保持所建立的通信会话。因此，尽管应用 层的通信(例如，步骤610中的充电量信息的交换)停止了，但会话层及其下方的层中建立的 通信会话仍得以保持。
[0053] 在步骤708中，会话层及其下方的层的通信会话也停止了。具体地，通信装置42 与充电站侧通信装置12之间的通信断开了。
[0054] 在步骤710中，判断计时器是否指示零。如果定时器指示零，则终止当前周期中的 处理，并返回到步骤700。在前一处理周期中，如果没有操作解锁按钮22,则计时器指示零， 处理返回到步骤700。这种情况下，保持通信装置42与充电站侧通信装置12之间的通信。 因此，在这种情况下，在必要时可进行应用层中的通信(例如，步骤610中的充电量信息的 交换)。如果定时器不指示零，则处理进行到步骤712。当定时器不指示零，这意味着至少在 前一处理周期中已检测到解除按钮22的操作。因此，在这种情况下，停止应用层中的通信。
[0055] 在步骤712,定时器复位为零(初始值)。在步骤714中，恢复通信装置42与充电站 侧通信装置12之间的通信。换言之，恢复应用层中的通信(例如，步骤610中的充电量的信 息的交换)。
[0056] 根据图7所示的处理，如上所述，仅当解锁按钮22的操作持续了预定时间段或更 长时，才断开通信装置42与充电站侧通信装置12之间的通信(步骤708)。然而，仅停止应 用层中的通信，而保持会话层及其下方的层的通信会话，直到解除按钮22的操作所持续的 时间段超过预定时间段(步骤706)。因此，如果在解除按钮22的操作持续了预定时间段之 前便解除按钮22的操作，则可以立即恢复应用层的通信(步骤714)。这意味着，在步骤714 的处理中，无需再次进行图6中的步骤600到608的处理步骤(或图4轴的步骤400到416 的处理步骤)，便可立即恢复应用层的通信(例如，步骤610的充电量信息的交换)。
[0057] 仅应用层通信被停止、而会话层及其下方的层的通信会话得以保持，直到解锁按 钮22的操作持续至预定时间段或更长时间段。由此，如果在解锁按钮22的操作持续至预定 时间段之前便解除了解锁按钮22的操作（S卩，再次建立充电插头20的锁定状态)，则能够立 即恢复充电(参见图3中的步骤304)。具体地，由于会话层及其下方的层的通信会话得以保 持，因此，用户验证和认证的成功状态得以保持，这使得其能够迅速恢复充电。如果会话层 及其下方的层的通信会话被断开，则在重新开始充电之前，充电控制器44将需要等待，直 到通信装置42再次进行图6中的步骤600到608的处理步骤(或图4中的步骤400到416 中的处理步骤)。这意味着，重新开始充电被延迟了许久。
[0058] 当用户从车辆上移除充电插头20、同时按下解锁按钮22时，充电插头20从车辆上 物理地移除（即，通信线50物理地断开了），由此，通信装置42与充电站侧通信装置12之间 的通信被物理地断开了。
[0059] 当用户希望终止充电时，用户从车辆上移除充电插头20,同时按下充电插头20的 解锁按钮22。然而，在一些情形中，即使在用户按下充电插头20的解锁按钮22后，他/她 也可能会改变他的/她的主意，而想继续充电。在其他情形中，由于某些原因用户可能无意 按下解锁按钮22,或由于噪声效果等而无意生成指示解锁按钮22的"打开"的状态的信号。 根据本发明该实施例，如图3所示，为安全起见，在这样的情况下也检测到解锁按钮22的操 作，于是通过充电控制器44立即停止充电（图3中的步骤310)。然而，根据该实施例，响应 于解锁按钮22的操作而一度停止的充电可迅速恢复，因此可以提高便利性。
[0060] 尽管详细描述了本发明的优选实施例，然而，本发明并不限于此；可作出各种变 化、修正和变形而不脱离本发明的范围。
[0061] 例如，尽管在前述实施例中，充电站侧通信装置12是设置在充电站10内的，然而， 充电站侧通信装置12也可以设置在包括充电站10的充电设施的任何位置处。例如，充电 站侧通信装置12可设置在与充电站10分离的位置处。替代性地，充电站侧通信装置12可 设置在充电插头20内。在这种情形中，充电插头20是设在充电站10侧的构件。因此，充 电插头20与充电站10 -起构成了充电设施。
[0062] 尽管在前述实施例中，通信装置42与充电站侧通信装置12之间的通信是利用通 信线50有线地实现的，然而，其也可以无线地实现。在无线通信的情形中，当从车辆上物理 地移除充电插头20时，可断开通信装置42与充电站侧通信装置12之间的通信（S卩，可断开 会话层及其下方的层的通信会话)。
【权利要求】
1. 车辆充电设备，其安装在车辆上，用于利用连接至所述车辆的充电插头从外部电源 向车载电池进行充电，所述车辆充电设备包括： 通信装置，其被配置为在所述充电插头连接并锁定至车辆时，与提供所述外部电源的 充电设施进行通信，并且所述通信装置在从外部电源向车载电池充电期间执行对所述充电 插头解锁的解锁操作时，禁止所述通信的断开。
2. 根据权利要求1所述的车辆充电设备，其特征在于，禁止所述通信的断开包括停止 所述通信进行所基于的OSI参考模型中的应用层的通信，而保持会话层及会话层以下的层 的通信会话的建立状态。
3. 根据权利要求1或2所述的车辆充电设备，其特征在于，所述通信装置被配置为在从 所述外部电源向所述车载电池充电期间持续执行所述解锁操作至预定时间段时，断开所述 通信。
4. 根据权利要求1到3中任一项所述的车辆充电设备，其特征在于，所述通信装置被配 置为在从所述外部电源向所述车载电池充电期间从所述车辆上物理地移除所述充电插头 时，断开所述通信。
5. 根据权利要求1到4中任一项所述的车辆充电设备，其特征在于，所述通信的断开包 括进行通信所基于的OSI参考模型中的会话层及会话层以下的层的通信会话的断开。
6. 根据权利要求1到5中任一项所述的车辆充电设备，其特征在于，当所述充电插头连 接并锁定至所述车辆时，在与所述充电设施进行了用于用户验证和认证的通信之后，所述 通信装置被配置为在进行所述通信所基于的OSI参考模型的应用层中与所述充电设施进 行通信，并且，在从所述外部电源向所述车载电池充电期间执行了用于对所述充电插头解 锁的解锁操作、但所述解锁操作没有持续至所述预定时间段而是被取消了、且所述充电插 头再次被锁定时，所述通信装置被配置为不进行用于用户验证和认证的通信而恢复所述应 用层中的通信。
7. 根据权利要求1到6中任一项所述的车辆充电设备，其特征在于，在从所述外部电源 向所述车载电池充电期间，所述通信装置被配置为在进行所述通信所基于的OSI参考模型 的应用层中，与所述充电设施进行关于充电量的信息的通信。
8. 根据权利要求1到7中任一项所述的车辆充电设备，其特征在于，所述车辆充电设备 还包括充电控制器，当所述充电插头连接并锁定至车辆、且通过所述充电装置与所述充电 设施之间的通信而成功地进行了用户验证和认证时，所述充电控制器被配置为进行从所述 外部电源向所述车载电池的充电。
9. 根据权利要求8所述的车辆充电设备，其特征在于，在从所述外部电源向所述车载 电池充电期间执行用于对所述充电插头解锁的解锁操作时，所述充电控制器被配置为暂停 从所述外部电源向所述车载电池的充电。
【文档编号】B60L11/18GK104125894SQ201380011341
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年2月21日 优先权日:2012年2月27日
【发明者】中川信之, 落合勇太, 宫下之宏, 长尾洋志, 萩原刚志, 礒山芳一 申请人:丰田自动车株式会社, 住友电气工业株式会社, 住友电装株式会社, 株式会社自动网络技术研究所