专利名称：放电系统及电动车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆的电池的充放电系统，特别涉及放电时的安全确保。
背景技术：
近年来，在电力网中嵌入有电力的供求/供给的自动控制单元的被称为“智能电网”的下一代电力网的开发受到关注。在智能电网中，不仅从供给侧，还从需求侧来控制电力网中的电力的流动，从而力图优化电力的供求和供给。例如，有可能利用各家庭所具有的汽车的电池来作为降低电力需求峰值的缓冲器(例如，下述专利文献I 4)。即，在住宅中，在电力需求的峰值时，通过使用在电力需求较少的时间段内进行了充电的车辆电池的电力，从而可降低电力需求的峰值。一般而言，由于电力需求较少的时间的电力的价钱便宜，因此，也可节约各家庭的电费。此外，若在家庭中能使用车辆电池的电力，则还具有能应对停电等紧急时期的优点。智能电网要自动进行这样的电力流动控制。例如，在专利文献I所公开的电力管理系统中，不仅考虑住宅内的电力需求数据，还考虑是星期几和日期时间、天气等外部要素数据，来预测住宅的电力需求，基于该预测结果，自动规划车辆与住宅之间的电力交换(车辆的电池的充放电)。此外，在专利文献2的电力管理系统中，考虑车辆电池的状态(电压、输入输出电流及剩余容量)、基于行驶履历所规定的确保电力量(用户日常使用所需的电力量)、及多余电力量(去除确保电力量和紧急用电力量后的剩余容量)等数据和时间段，判断是对电池进行充电，还是从电池向住宅供电。在这样由智能电网管理的电力网中，可假定不仅主动地进行车辆电池的充电(从住宅向车辆供电)，还主动地进行电池的放电(从车辆向住宅供电)。在专利文献I 4中，作为将车辆的直流电力作为住宅中能使用的商用交流电力来取出的方法，公开了以下三种方法。在专利文献I的系统中，电池的直流电力由车载DC/AC变换器变换为商用电力并输出到住宅。此外，在专利文献2、3的系统中，电池的直流电力由车载DC/AC变换器变换为高频的交流电力，利用电磁感应传输到住宅侧，由住宅侧的AC/AC变换器变换为商用电力。在专利文献4的系统中，将电池的直流电力照原样输出到住宅，由住宅侧的DC/AC变换器将其变换为商用电力。另一方面，在为了电动汽车的普及而不可或缺的电池的快速充电系统中，将大容量的直流电力直接提供给电池，从而实现快速充电。由于像专利文献4那样将电池的直流电力照原样输出到住宅的方法能利用与该快速充电系统相同的输电线(电力线)来实现，因此，不一定需要对车辆设置用于放电的新的输电路径，也无需对车辆装载DC/AC变换器。因此，在能简化车载的输电系统这点上可认为是有效的。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利特开2008 - 54439号公报
专利文献2 :日本专利特开2001 - 8380号公报专利文献3 :日本专利特开平11 - 178234号公报专利文献4 :日本专利特开2002 — 315193号公报
发明内容
如上所述，将电池的直流电力照原样输出到住宅的放电系统能利用与快速充电系统相同的输电线来实现。但是，由于现有的快速充电系统是专门对电池进行充电的系统，因此，设计时并未充分考虑放电时的安全性。此外，在现有的快速充电系统中，出于防止因误操作等而导致的短路、漏电的目的，在连接充电用线束的车辆的连接器与电池之间设置利用开关的联锁继电器。若将该开关兼用作为放电时的安全装置，在检测出放电时的短路、漏电时断开开关以切断输电路径，则理论上可认为能安全地避免短路、漏电。然而，实际上，在因短路等而导致有大电流流过电力线的状况下，在技术上难以立即断开开关。若想要利用开关来将有大电流流过的电力线断开，则例如可能会发生空中放电，或发生因大电流所产生的热量而使开关的电极与电力线发生熔焊从而无法断开的事态。本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于，在从车辆的电池向外部输出直流电力的放电系统中，力图提高电池放电时的安全性。本发明所涉及的放电系统包括车辆，该车辆装载有电池；及放电装置，该放电装置从外部与所述车辆相连接，使所述电池放电，所述车辆包括电池管理装置，该电池管理装置管理所述电池的状态；连接器，该连接器连接所述放电装置；电力线，该电力线将所述连接器与所述电池之间进行连接；开关，该开关通过所述放电装置及所述电池管理装置双方的许可，使所述电力线导通；及电力调整电路，该电力调整电路在所述放电装置经由所述连接器进行所述电池的放电时，能调整流过所述电力线的电流。根据本发明，在电池放电时，在其放电路径发生短路、漏电等异常的情况下，能在利用电动车辆一侧的电力调整电路来降低流过电力线的电力之后，安全且可靠地使开关断开。此外，还能在放电开始前，使小电流流过电力线，以进行简易的短路、漏电试验。
图1是实施方式I图2是实施方式I图3是实施方式2图4是实施方式3
所涉及的放电系统的结构图。所涉及的充放电系统的结构图。所涉及的放电系统的结构图。所涉及的放电系统的结构图。
具体实施例方式<实施方式1>图1是表示本发明的实施方式I所涉及的放电系统的结构的图。该系统包括以电池(充电电池)的电力作为动力源的电动汽车100(电动车辆)、及将电动汽车100的电池的电力取出以提供给外部的住宅等的放电装置200。电动汽车100包括电池单元101、电池管理单元102、联锁继电器103、连接器104、及电力调整部105。在电池单元101中，储存有成为电动汽车100的动力源的电力，电池管理单元102 (电池管理装置)对储存在电池单元101中的电力的余量(以下简称为“余量”)进行管理。此外，电池管理单元102具有在与连接到连接器104的外部装置(此处为放电装置200)之间、经由信号线111及通信线113进行的各种通信功能。利用通信线113的通信是为了在电动汽车100与外部装置之间交换关于电池单元101的充放电的信息而进行的通信，例如是利用CAN (Control Ier Area Network :控制器局域网)的通信协议而进行的通信。电池单元101的各端子经由电力线11连接到用于外部连接的连接器104。由此，利用与连接器104相连接的外部装置，可进行电池单元101的充放电。其中，在将电池单元101与连接器104之间进行连接的电力线110中，串联插入有联锁继电器103和电力调整部105。联锁继电器103包括三个开关SWl SW3，在有了与连接器104相连接的外部装置及电池管理单元102双方的许可的情况下，使电力线110导通。即，联锁继电器103在通过信号线111从外部装置提供的连接许可信号S1、S2及电池管理单元102所输出的连接许可信号S3这三个信号满足规定条件的情况下，使电力线110导通。电力调整部105起到在使电池单元101放电而从连接器104输出电力时、调整流过电力线Iio的电流的功能。电力调整部105包括串联插入到电力线110的作为电力调整电路的开关元件Ql、Q2、及与开关元件Ql、Q2并联连接的作为单向导通元件的二极管D1、D2。开关元件Q1、Q2基于从连接到连接器104的外部装置经由信号线112而提供的电力控制信号CS，对电力线110进行开关动作，例如可使用MOSFET、IGBT等。此外，将二极管D1、D2的方向设置为使得从连接器104对电池单元101进行充电的方向的电流流过。放电装置200从电动汽车100的电池单元101取出电力以提供给住宅等，包括功率变换器201、放电控制单元202、及连接器203。连接器203通过与电动汽车100的连接器104相连接，从而使放电装置200的电力线210、信号线211、212及通信线213分别与上述电动汽车100的电力线110、信号线111、112及通信线113相连接。功率变换器201将通过连接器104及电力线210从电动汽车100的电池单元101取出的直流电力变换为住宅等可使用的交流电力(商用电力)。放电控制单元202具有对功率变换器201的动作进行控制并监视功率变换器201的输入输出、从而检测放电路径的短路或漏电等异常的功能。此外，放电控制单元202具有经由信号线211、212及通信线213与电动汽车100之间进行的各种通信功能。以下，对本实施方式所涉及的放电系统的动作进行说明。用户在利用放电装置200取出电动汽车100的电池单元101的电力的情况下，使放电装置200的连接器203与电动汽车100的连接器104相连接。由此，放电装置200的电力线210、信号线211、212及通信线213分别与电动汽车100的电力线110、信号线111、112及通信线113进行连接。放电控制单元202通过将规定电平的连接许可信号S1、S2发送到电池管理单元102，从而请求与电池单元101进行连接。此处，将连接许可信号SI设定为电源电平，将连接许可信号S2设定为接地电平。
电池管理单元102在识别出已将连接许可信号SI设定为电源电平、将连接许可信号S2设定为接地电平时，控制连接许可信号S3的电平，使联锁继电器103的开关SW3导通。于是，向插入到电力线110的开关SW1、SW2的线圈提供电源电平的连接许可信号S1、接地电平的连接许可信号S2，开关SW1、SW2导通。这样，联锁继电器103在有了放电装置200的放电控制单元202和电动汽车100的电池管理单元102双方的许可之后才开始使电力线110导通。由此，可防止对电动汽车100的电力线110误输出电池单元101的电压。本实施方式的电动汽车100在联锁继电器103与连接器104之间还插入有电力调整部105的开关元件Ql、Q2，因此，若它们不导通，则电池单元101的电力不会输出到连接器104。因此，放电控制单元202在使电池单元101开始放电时，利用电力控制信号CS，使电力调整部105的开关元件Ql、Q2导通。其结果是，电池单元101的直流电力通过电力线110、210输入到功率变换器201，变换为交流电力而提供给住宅等。此外，此时，利用数字信号DS，将电池单元101的余量等与放电有关的信息从电池管理单元102传送到放电控制单元202。放电控制单元202基于该信息对电池单元101的放电动作进行控制，因此，可防止电池单元101的过放电。此处，对电力调整部105进行详细说明。如上所述，电力调整部105包括串联插入到电力线110中的开关元件Q1、Q2、及与它们并联连接的二极管D1、D2。此外，将二极管D1、D2的方向设置为使得从连接器104对电池单元101进行充电的方向的电流流过。电力调整部105在放电控制单元202的控制下进行动作，使得在电池单元101放电时对流过电力线110的电流进行调整。在本实施方式中，作为流过开关元件Ql、Q2的电流的控制方式，采用所谓脉冲宽度控制。即，控制开关元件Ql、Q2的电力控制信号CS是脉冲信号，根据其脉冲宽度(占空比)，对流过开关元件Ql、Q2的电流进行调整。根据该结构，由于能利用放电控制单元202所输出的电力控制信号CS来直接驱动开关元件Ql、Q2，因此，无需在电动汽车100 —侧设
置信号变换器等。在进行电池单元101的放电的期间，使开关元件Ql、Q2为导通状态。在该状态下，电力控制信号CS可不必是脉冲波形，也可以是始终使开关元件Q1、Q2处于导通状态的直流波形。另外，在电池单元101的放电过程中，由于对二极管D1、D2施加反向电压，因此，在二极管D1、D2中没有电流流过。在电池单元101的放电过程中，若放电控制单元202检测到短路或漏电等异常，则放电控制单元202首先利用电力控制信号CS，通过开关元件Q1、Q2将流过电力线110的电流下降到安全等级，接着利用连接许可信号S1、S2，使联锁继电器103的开关SW1、SW2断开。通过在发生异常时不是突然使开关SWl、SW2断开，而是在充分降低流过开关SW1、SW2的电流之后使其断开，从而避免空中放电、电极的熔焊，能可靠且安全地停止从电池单元101对电力线110的供电。其结果是，可防止因电池单元101放电时的短路或漏电而导致发生事故。此外，也可以在电池单元101开始放电时，不使流过开关元件Ql、Q2的电流急剧增加，而使其缓慢增加。在此情况下，放电控制单元202能在对电力线110施加高电压之前的阶段，检测出短路或漏电。即，能在放电开始前，在较低电压下进行简易的短路、漏电试验，从而能进一步提高放电时的安全性。在以上的说明中，示出了对于电动汽车100的电池单元101专门进行放电的系统结构，但本实施方式所涉及的电动汽车100中，也可以经由连接器104及电力线110进行电池单元101的充电。图2表示将电动汽车100连接到能进行电池单元101的充电和放电的充放电装置220的情况下的充放电系统的结构。在该图中，由于对与图1所示的结构相同的要素标注同一标号，因此，省略其说明。充放电装置220的功率变换器221不仅将来自电池单元101的直流电力变换为交流的商用电力的电力，还能通过将商用电力变换为直流电力并提供给电池单元101，从而进行电池单元101的充电。此外，控制功率变换器221的动作的充放电控制单元222在电池单元101充电时，还计算到充满电为止的剩余时间等，以进行与充电相关的信息的管理。在充放电装置220从连接器104进行电池单元101的充电的情况下，联锁继电器103与放电时同样，通过充放电控制单元222和电池管理单元102双方的许可，使电池单元101与电力线110之间通电。另一方面，电力调整部105的开关元件Q1、Q2与放电时不同，无需使其导通。其原因是，由于在对电池单元101进行充电时，二极管D1、D2施加正向电压而导通，因此，可通过二极管D1、D2对电池单元101进行充电。这样，通过使电力调整部105包括二极管D1、D2，从而在电池单元101充电时无需驱动开关元件Ql、Q2。因而，本实施方式所涉及的电动汽车100即使使用不带有电力控制信号CS的生成单元的现有充电装置，也能进行电池单元101的充电，从而具有广泛的通用性。另外，通过使电力调整部105包括二极管D1、D2，从而电力调整部105在电池单元101充电时不起到作为调整电力线110的电流的安全装置的功能。但是，一般而言，安全装置通常设置在供电侧，在电池单元101充电时，可利用充电装置侧的安全装置来确保安全。所以，电动汽车100的电力调整部105只要能仅在电池单元101放电时起到作为安全装置的功能就没有问题。例如，在图2的充放电系统中，在电池单元101充电时，可利用供电的充放电装置220的安全装置(未图示)来确保安全，在电池单元101放电时，可利用供电的电动汽车100的安全装置即电力调整部105来确保安全。<实施方式2>图3是实施方式2所涉及的放电系统的结构图。该系统相对于图1的结构，将放电控制单元202为了控制电力调整部105而输出的电力控制信号CS作为模拟的电压信号。在此情况下，对电动汽车100设置电压一脉冲变换器106和低通滤波器(LPF) 107。电压一脉冲变换器106生成与模拟的电压信号即电力控制信号CS的振幅相对应的脉冲宽度(占空比)的脉冲信号。低通滤波器107对从放电控制单元202接收到的电力控制信号CS去除噪声，通过低通滤波器107对电压一脉冲变换器106输入电力控制信号CS。若是一般用途，则像实施方式I那样使用脉冲信号的电力控制信号CS也没有问题，但在放电装置200与电动汽车100之间的距离(线束的长度)极长等特殊环境下，电力控制信号CS的脉冲波形产生变形，在此情况下，电力调整部105的开关元件Ql、Q2中的电流调整精度有可能会下降。在本实施方式中，能减轻该问题。
<实施方式3>图4是实施方式3所涉及的放电系统的结构图。该系统相对于图1的结构，在数字信号DS中包含有放电控制单元202为了控制电力调整部105而输出的电力控制信号CS。在此情况下，对电动汽车100设置从数字信号DS中提取出电力控制信号CS的信息、并生成与其相对应的脉冲宽度(占空比)的脉冲信号的数字信号一脉冲变换器108。数字信号一脉冲变换器108也可以内置于电池管理单元102中。在本实施方式中，放电装置200无需具有电力控制信号CS专用的信号线212，发送电力控制信号CS时利用数字信号DS的通信线213。因而，线束和框体、连接器的结构能与现有的充电装置共用，可有利于削减制造成本。标号说明100电动汽车，101电池单元，102电池管理单元，103联锁继电器，104连接器，105电力调整部，106电压一脉冲变换器，107低通滤波器，108数字信号一脉冲变换器，200放电装置，201功率变换器，202放电控制单元，203连接器，220充放电装置，221功率变换器，222充放电控制单元，Sffl SW3开关，D1、D2 二极管，Q1、Q2开关元件。
权利要求
1.一种放电系统，包括 车辆，该车辆装载有电池 '及 放电装置，该放电装置从外部与所述车辆相连接，使所述电池放电， 其特征在于，所述车辆包括 电池管理装置，该电池管理装置管理所述电池的状态； 连接器，该连接器连接所述放电装置； 电力线，该电力线将所述连接器与所述电池之间进行连接； 开关，该开关通过所述放电装置及所述电池管理装置双方的许可，使所述电力线导通；及 电力调整电路，该电力调整电路在所述放电装置经由所述连接器进行所述电池的放电时，能调整流过所述电力线的电流。
2.如权利要求1所述的放电系统，其特征在于， 包括单向导通元件，该单向导通元件与所述电力调整电路并联连接，使得从所述连接器对所述电池进行充电的方向的电流流过。
3.如权利要求1所述的放电系统，其特征在于， 所述电力调整电路基于来自所述放电装置的控制信号，调整流过所述电力线的电流。
4.如权利要求3所述的放电系统，其特征在于， 所述电力调整电路是串联插入到所述电力线中的开关元件， 所述控制信号是对所述开关元件进行脉冲宽度控制的脉冲信号。
5.如权利要求3所述的放电系统，其特征在于， 所述电力调整电路是串联插入到所述电力线中的开关元件， 所述控制信号是模拟的电压信号， 所述车辆还包括变换成与所述电压信号的振幅相对应的脉冲宽度的脉冲信号的变换电路， 所述开关元件由所述脉冲信号进行脉冲宽度控制。
6.如权利要求3所述的放电系统，其特征在于， 还包括在所述放电装置与所述电池管理装置之间进行通信的通信单元， 所述电力调整电路是串联插入到所述电力线中的开关元件， 所述控制信号是通过所述通信单元从所述放电装置发送来的数字信号， 所述车辆还包括变换成与所述数字信号相对应的脉冲宽度的脉冲信号的变换电路， 所述开关元件由所述脉冲信号进行脉冲宽度控制。
7.如权利要求3所述的放电系统，其特征在于， 若在所述电池放电时发生异常，则所述放电装置在利用电力调整电路降低流过所述电力线的电流之后断开开关。
8.一种电动车辆，其特征在于，包括 电池； 电池管理装置，该电池管理装置管理所述电池的状态； 连接器，该连接器连接外部的放电装置，能将所述电池的电力输出到所述放电装置； 电力线，该电力线将所述连接器与所述电池之间进行连接；开关，该开关通过所述放电装置及所述电池管理装置双方的许可，使所述电力线导通；及 电力调整电路，该电力调整电路在所述放电装置经由所述连接器进行所述电池的放电时，能调整流过所述电力线的电流。
9.如权利要求8所述的电动车辆，其特征在于， 包括单向导通元件，该单向导通元件与所述电力调整电路并联连接，使得从所述连接器对所述电池进行充电的方向的电流流过。
10.如权利要求8所述的电动车辆，其特征在于， 所述电力调整电路基于来自所述放电装置的控制信号，调整流过所述电力线的电流。
11.如权利要求8所述的电动车辆，其特征在于， 所述电力调整电路是串联插入到所述电力线中的开关元件。
全文摘要
在从车辆的电池向外部输出直流电力的放电系统中，力图提高电池放电时的安全性。放电系统包括装载有电池单元(101)的电动汽车(100)、及使电池单元(101)放电的放电装置(200)。电动汽车(100)在将连接放电装置(200)的连接器(104)与电池单元(101)之间进行连接的电力线(110)中，插入有开关(SW1、SW2)和开关元件(Q1、Q2)。开关(SW1、SW2)通过放电装置(200)和电池管理单元(102)的许可，使电力线(110)导通。开关元件(Q1、Q2)在电池单元(101)进行放电时，调整流过电力线(110)的电流。
文档编号H02J7/00GK103026577SQ201180036098
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月15日 优先权日2010年9月27日
发明者森考平, 佐竹敏英, 杉山昭畅, 藤冈宏司, 松永隆德 申请人:三菱电机株式会社