特開 2023-155111 直流充電スタンドにおけるコントロールパイロット点の異常の検出回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023155111

(43)【公開日】2023-10-20

(54)【発明の名称】直流充電スタンドにおけるコントロールパイロット点の異常の検出回路

(51)【国際特許分類】

   H02H 7/20 20060101AFI20231013BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20231013BHJP

   H02H 7/18 20060101ALI20231013BHJP

   B60L 53/30 20190101ALI20231013BHJP

   B60L 53/66 20190101ALI20231013BHJP

【ＦＩ】

H02H7/20 A

H02J7/00 P

H02H7/18

H02J7/00 S

B60L53/30

B60L53/66

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022099993

(22)【出願日】2022-06-22

(31)【優先権主張番号】111113499

(32)【優先日】2022-04-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】512158114

【氏名又は名称】飛宏科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＰＨＩＨＯＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】宋聖文

(72)【発明者】

【氏名】李建興

(72)【発明者】

【氏名】陳俊成

【テーマコード（参考）】

5G053

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G053AA02

5G053AA07

5G053AA08

5G053BA04

5G053CA01

5G053DA01

5G053EA01

5G053EA05

5G053EC02

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503FA06

5G503FA16

5G503FA17

5G503GD03

5H125AA01

5H125AC11

5H125AC23

5H125BE02

5H125CC06

5H125EE61

(57)【要約】      （修正有）

【課題】直流充電スタンドにおけるコントロールパイロット点の異常を検出して直流充電スタンドを保護する検出回路を提供する。
【解決手段】直流スタンドにおけるコントロールパイロット点の異常に用いる検出回路１４０は、コントロールパイロット信号電位判別モジュール１４０１と、コントロールパイロット信号電位判別モジュールと電気的に接続される充放電モジュール１４０２と、充放電モジュールと電気的に接続される制御装置保護起動モジュール１４０３と、を含む。コントロールパイロット信号電位判別モジュールは、入力されたコントロールパイロット信号の電圧レベルを判別し、これにより充放電モジュールを起動し、コントロールパイロット信号電位判別モジュールを経由して出力されたコントロールパイロット信号を所定の時間範囲内で所定の定常電圧値より高くなるまで充電し、制御装置保護起動モジュールを起動して直流充電スタンドを即時保護する。
【選択図】図３（Ｂ）

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流充電スタンドにおけるコントロールパイロット点の異常に用いる検出回路であって、
コントロールパイロット信号電位判別モジュールと；
前記コントロールパイロット信号電位判別モジュールと電気的に接続される充放電モジュールと；
前記充放電モジュールと電気的に接続される制御装置保護起動モジュールと；を含み、
前記コントロールパイロット信号電位判別モジュールが、入力されたコントロールパイロット信号の電圧レベルを判別し、これにより前記充放電モジュールを起動し、前記コントロールパイロット信号電位判別モジュールを経由して出力される前記コントロールパイロット信号を所定の時間範囲内で所定の定常電圧値より高くなるまで充電し、これにより前記制御装置保護起動モジュールを起動して、前記直流充電スタンドを即時保護し；
前記検出回路及び前記直流充電スタンドのコントロールパイロット信号生成回路が制御回路と電気的に接続され、これにより電気自動車両及び前記直流充電スタンドの電気的接続の異常状態を検出し、さらに前記直流充電スタンドを即時保護する、検出回路。

【請求項2】

前記コントロールパイロット信号電位判別モジュールが、
第１参考電圧レベル及び第２参考電圧レベルの２種の参考電圧レベルを生成するための第１分圧回路と；
第１コンパレータと；
第２コンパレータと；
コントロールパイロット信号入力端子と；を含み、
前記第１参考電圧レベル及び前記第２参考電圧レベルが、前記第１コンパレータの反転入力端子及び前記第２コンパレータの非反転入力端子にそれぞれ電位参考基準として入力され、さらに前記コントロールパイロット信号入力端子が、前記第１コンパレータの非反転入力端子及び前記第２コンパレータの反転入力端子と電気的に接続され、整流回路を経てそのマイナス電位信号がろ過された前記コントロールパイロット信号が入力され、前記第１参考電圧レベルが前記第２参考電圧レベルより高い、請求項１に記載の直流充電スタンドにおけるコントロールパイロット点の異常に用いる検出回路。

【請求項3】

前記充放電モジュールが、
第１充放電ループ；及び
第２充放電ループ；を含み、
前記第１充放電ループが前記第１コンパレータの出力端子及び前記制御装置保護起動モジュールの入力端子と電気的に接続され、前記第１コンパレータの前記出力端子を経由して出力される前記コントロールパイロット信号に充電が早く放電が遅い機能を提供し、さらに所定の第１時間範囲内で所定の第１定常電圧値より高くなるまで充電し、これにより前記制御装置保護起動モジュールを起動して前記直流充電スタンドを即時保護し；
前記第２充放電ループが前記第２コンパレータの出力端子及び前記制御装置保護起動モジュールの入力端子と電気的に接続され、前記第２コンパレータの前記出力端子を経由して出力される前記コントロールパイロット信号に急速充電機能を提供し、さらに第２時間範囲内で第２所定の定常電圧値より高くなるまで充電し、これにより前記制御装置保護起動モジュールを起動して前記直流充電スタンドを即時保護し；
前記所定の定常電圧値が、前記第１定常電圧値又は前記第２定常電圧値のうちの１つである、請求項２に記載の直流充電スタンドにおけるコントロールパイロット点の異常に用いる検出回路。

【請求項4】

前記第１充放電ループが
第１電源、第１抵抗、第２抵抗、前記第２抵抗と並列な第１ダイオード、第１キャパシタ及び接地点が形成する充放電ループを含み、
前記第１抵抗の一端が前記第１電源と電気的に接続され、もう一端が前記第１コンパレータの出力端子と電気的に接続され、前記第２抵抗が前記第１ダイオードと並列な並列回路における前記第１ダイオードの陽極端子が、前記第１コンパレータの出力端子と電気的に接続され、並列回路における前記第１ダイオードの陰極端子は前記第１キャパシタの一端と電気的に接続され、前記第１キャパシタのもう一端は接地され；
前記第２充放電ループが
第２電源、第３抵抗、第４抵抗、第２キャパシタ及び接地点が形成する充放電ループを含み、前記第３抵抗の一端は前記第２電源と電気的に接続され、もう一端は前記第２コンパレータの出力端子と電気的に接続される抵抗の第４抵抗と接続され、前記第３抵抗及び前記第４抵抗の共同の接点は前記第２キャパシタの一端と電気的に接続され、前記第２キャパシタのもう一端は接地される、請求項３に記載の直流充電スタンドにおけるコントロールパイロット点の異常に用いる検出回路。

【請求項5】

前記制御装置保護起動モジュールが、
第３参考電圧レベルを生成するための第２分圧回路；
反転入力端子に前記第３参考電圧レベルが電位参考基準として入力され、非反転入力端子に前記充放電モジュールから出力される前記所定の定常電圧値が入力されて、前記第３参考電圧レベルと比較する第３コンパレータを含み；
前記定常電圧値が前記第３参考電圧レベルより高いとき、前記第３コンパレータが高レベル信号を電気的に接続される前記制御回路に出力し、前記直流充電スタンドを即時保護する、請求項１に記載の直流充電スタンドにおけるコントロールパイロット点の異常に用いる検出回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電気自動車の直流充電分野に関し、特に直流充電スタンドにおけるコントロールパイロット点の異常の検出回路である。

【背景技術】

【0002】

次第に差し迫っている世界の環境変化及び気候温暖化の問題に対応するため、自動車工業は電気自動車の生産を次第に重視している。電気自動車が日増しに普及するのに伴い、電気自動車の充電システムも次第に注目されている。充電スタンドは電気自動車の電力供給設備であり、電気自動車及び充電スタンドのシステムが日増しに多様化するのに伴い、異なる要素間の相互運用性及び規格の適合性はいっそう重要になっている。充電過程における割り込み原因を確認し、さらに各種干渉に対して信頼性及びロバスト性（ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）テストを行うため、オープンなテストシステムにおいて適合性のカバレッジテストを行う必要がある。多くのメーカの異なるアセンブリ間を符合させる問題について、チャージングインターフェースイニシアチブ（Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ、ＣｈａｒＩＮｅ．Ｖ．）は、世界の重要な電気自動車メーカのオープンプロトコルとして、各種電気自動車の充電規格を開発及び構築し、充電インフラストラクチャの利便性及びコスト効率を高めている。現在、世界には３種の充電プロトコルがあり、ヨーロッパ及び北米が採用するコンバインドチャージングシステム（ＣＣＳ、Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、中国が使用するＧＢ／Ｔ２７９３０及びＧＢ／Ｔ１８４８７、日本が使用するＣＨＡｄｅＭＯなどは、充電ポートの規格が異なる。

【0003】

コンバインドチャージングシステム（ＣＣＳ）を例とする。これは車両に１つの充電ポートを必要とするのみで、すべての既存の充電方法で充電することができ、単相交流（ＡＣ）充電、急速三相ＡＣ充電、家庭での直流（ＤＣ）充電、又は公共の充電ステーションでの急速ＤＣ充電である。コンバインドチャージングシステム（ＣＣＳ）規格に符合するＩＥＣ６１８５１に規定される充電工程について、これは電気自動車の４種の充電モードを定義している。
モード１：単相電源を使用して充電し、最大電流は１６Ａで、パイロット信号（Ｐｉｌｏｔ Ｓｉｇｎａｌ）を使用しない。
モード２：単／三相電源を使用して充電し、最大電流は３２Ａで、パイロット信号を使用する。
モード３：単／三相電源を使用して充電し、最大電流は６３Ａで、充電スタンドがパイロット信号を提供する。
モード４：最大４００Ｖ／１２５Ａの直流で充電する。
モード１は車両と、例えば充電スタンドなどの充電インフラストラクチャとの間で通信しないが、モード２、３、及び４の充電はＰＷＭ信号に基づき、ＣＰ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｉｌｏｔ）を介して接続され、低レベル通信を行う。車両及び充電スタンドが同時に高レベル通信に対応している場合、Ｈｏｍｅ Ｐｌｕｇ Ｇｒｅｅｎ ＰＨＹ規格に基づいて信号をＰＷＭ信号に変調させなければならず、すなわち電力線通信（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、ＰＬＣ）である。原則的に、すべてのＰＬＣに基づく充電通信はＰＷＭにより伝送することが要求される。従って、完全なテストシステムはこの２種の通信モードを処理しなければならない。

【0004】

ヨーロッパ及び北米で採用されるコンバインドチャージングシステム（ＣＣＳ、Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の充電インターフェースにおいて、関連するコントロールパイロット点（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｉｌｏｔ、ＣＰ）の異常状況の検出技術について主に注目する。直流充電スタンドがＣＣＳプロトコルに基づいて電気自動車に充電するとき、コントロールパイロットＣＰ点が様々な工程にあるとき、どのようにして現在の状態を判別することができるか。例えば、ＣＰ点に短絡又は開路が生じたときの即時検出保護である。従来、直流充電スタンドがＣＣＳプロトコルに基づいて電気自動車に充電するとき、ＣＰ点に状態の変化が生じたとき、ソフトウェアを組み合わせて伝送するＣＰ点の状態をモデム（Ｍｏｄｅｍ）が検出するが、その時間はハードウェアの反応に及ばず、エラーが発生し、即時保護することができない状況をもたらす可能性がある。このため、本発明はＣＰ点の状態の検出、保護を実現したハードウェア回路を示し、これにより直流充電スタンドがＣＣＳプロトコルに基づいて認証されるとき、ＣＰ点に短絡、開路などの問題が生じると、即時にエラーを検出し、さらに保護を実行することができる。しかしながら実際に応用するとき、その他の規格の直流充電スタンドも本発明が提供した案に従って類似の改良を行うことができ、ＣＣＳプロトコルを採用した直流充電スタンドに制限されない。

【0005】

一般的に、電気自動車の直流充電スタンドのＣＰ電圧検査システムは、電子又は機械方式により、電気自動車及び電力供給設備（直流充電スタンド）の間の接続状態を監視するのに用いられる。

【0006】

このほか、直流充電スタンドがＣＣＳプロトコルに基づいて充電工程を行い、ＣＰ点に状態の変化が生じたとき、ソフトウェアを組み合わせて伝送するＣＰ点の状態の変化を検出する時間はハードウェアの反応に及ばないため、エラーの状況が発生し（例えば突発的な短絡又は開路の状況）、保護が間に合わない状況をもたらす可能性がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

前記欠点によって、直流充電スタンドがＣＥ（ＣＯＮＦＯＲＭＩＴＥ ＥＵＲＯＰＥＥＮＮＥ）認証され、ＣＣＳプロトコルに基づくとき、ＣＰ点に短絡、開路などの問題が発生したとき、即時にエラーを検出し、さらに保護を実行することができるようにするため、本発明は直流充電スタンドにおけるコントロールパイロット点の異常の検出回路を示す。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記検出回路は、該コントロールパイロット信号生成回路及び該制御回路と電気的に接続され、これにより該電気自動車両及び該直流充電スタンドを電気的に接続したときの異常状態を検出し、さらに該直流充電スタンドを即時保護する。該検出回路は、コントロールパイロット信号電位判別モジュールと；該コントロールパイロット信号電位判別モジュールと電気的に接続される充放電モジュールと；該充放電モジュールと電気的に接続される制御装置保護起動モジュールとを含む。前記コントロールパイロット信号電位判別モジュールは入力された該コントロールパイロット信号の電圧レベルを判別し、これにより該充放電モジュールを起動し、該電位判別モジュールを経由して出力された該コントロールパイロット信号を所定の時間範囲内で所定の定常電圧値より高くなるまで充電し、これにより該制御装置保護起動モジュールを起動して該直流充電スタンドを即時保護する。

【0009】

一実施例において、前記コントロールパイロット信号電位判別モジュールは、第１参考電圧レベル及び第２参考電圧レベルの２種の参考電圧レベルを生成するための第１分圧回路と；第１コンパレータと；第２コンパレータと；コントロールパイロット信号入力端子とを含む。該第１参考電圧レベル及び該第２参考電圧レベルは、該第１コンパレータの反転入力端子及び該第２コンパレータの非反転入力端子にそれぞれ電位参考基準として入力される。さらに該コントロールパイロット信号入力端子は、該第１コンパレータの非反転入力端子及び該第２コンパレータの反転入力端子と電気的に接続され、整流回路を経てマイナス電位信号がろ過された該コントロールパイロット信号が入力される。該第１参考電圧レベルは該第２参考電圧レベルより高い。

【0010】

一実施例において、前記第１参考電圧レベルの電圧値範囲は０から１１Ｖであり；前記第２参考電圧レベルの電圧値範囲は０から１Ｖである。

【0011】

一実施例において、前記充放電モジュールは、第１充放電ループ；及び第２充放電ループを含む。該第１充放電ループは該第１コンパレータの出力端子及び該制御装置保護起動モジュールの入力端子と電気的に接続され、該第１コンパレータの該出力端子を経由して出力される該コントロールパイロット信号に充電が速く放電が遅い機能を提供する。さらに第１時間範囲内で第１定常電圧値より高くなるまで充電し、これにより該制御装置保護起動モジュールを起動して、該直流充電スタンドを即時保護する。該第２充放電ループは該第２コンパレータの出力端子及び該制御装置保護起動モジュールの入力端子と電気的に接続され、該第２コンパレータの該出力端子を経由して出力される該コントロールパイロット信号に急速充電機能を提供する。さらに第２時間範囲内で第２定常電圧値より高くなるまで充電し、これにより該制御装置保護起動モジュールを起動して該直流充電スタンドを即時保護する。

【0012】

一実施例において、前記第１充放電ループは、第１電源、第１抵抗、第２抵抗、該第２抵抗と並列な第１ダイオード、第１キャパシタ及び接地点が形成する充放電ループを含む。前記第１抵抗の一端は該電源と電気的に接続され、もう一端は該第１コンパレータの出力端子と電気的に接続される。該第２抵抗が該第１ダイオードと並列な並列回路における該第１ダイオードの陽極端子は、該第１コンパレータの出力端子と電気的に接続され、並列回路における該第１ダイオードの陰極端子は該第１キャパシタの一端と電気的に接続され、該第１キャパシタのもう一端は接地される。

【0013】

一実施例において、前記第２充放電ループは、第２電源、第３抵抗、第４抵抗、第２キャパシタ、及び接地点が形成する充放電ループを含む。前記第３抵抗の一端は該電源と電気的に接続され、もう一端は該第２コンパレータの出力端子と電気的に接続される抵抗の第４抵抗と接続される。該第３抵抗及び該第４抵抗の共同の接点は該第２キャパシタの一端と電気的に接続され、該第２キャパシタのもう一端は接地される。

【0014】

一実施例において、前記制御装置保護起動モジュールは、第３参考電圧レベルを生成するための第２分圧回路と；反転入力端子に該第３参考電圧レベルが電位参考基準として入力され、非反転入力端子に該充放電モジュールから出力される該定常電圧値が入力されて、該第３参考電圧レベルと比較する第３コンパレータとを含む。該定常電圧値が該第３参考電圧レベルより高いとき、該第３コンパレータは高レベル信号を電気的に接続される該制御回路に出力し、該直流充電スタンドを即時保護する。

【0015】

一実施例において、前記第３参考電圧レベルの範囲は０から５Ｖである。

【0016】

一実施例において、前記制御回路は１つのデジタルシグナルプロセッサ集積回路であり、これはマイクロコントローラユニット、マイクロプロセッサ又は類似の機能を有するその他の集積回路が含まれる。

【0017】

一実施例において、前記制御回路はリレーを制御して、該直流充電スタンドにおける直流供給ユニット及び該電気自動車両の電池を切断させ、該直流充電スタンドを即時保護する。

【0018】

一実施例において、前記所定の時間範囲は３０ｍｓより短い。

【0019】

一実施例において、前記第１定常電圧値の範囲は０から９Ｖであり；前記第２定常電圧値は１２Ｖである。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1(A)】図１（Ａ）は、従来技術における直流充電スタンドの電気自動車に対する充電の簡略化したシステムアーキテクチャを示す。

【図1(B)】図１（Ｂ）は、従来技術における直流充電スタンドの電気自動車に対する充電の簡略化したコントロールパイロット回路の概要図を示す。

【図2】図２（Ａ）は、直流充電スタンドがＣＣＳプロトコルの工程に基づくとき、正常な状況下、ＣＰ点の電圧信号における充電スタンド及び電気自動車の電気的接続状態の変化に伴う関係図を示す。図２（Ｂ）は、直流充電スタンドがＣＣＳプロトコルの工程に基づくとき、異常な状況下（緩んだ状況）、ＣＰ点の電圧信号における充電スタンド及び電気自動車の電気的接続状態の変化に伴う関係図を示す。

【図3(A)】図３（Ａ）は、本発明の好ましい実施例において、検出回路を直流充電スタンドに設置し、電気自動車に充電するアーキテクチャの概要図を示す。

【図3(B)】図３（Ｂ）は、本発明の好ましい実施例において、直流充電スタンドに設置した検出回路の詳細な構成概要図を示す。

【図3(C)】図３（Ｃ）は、本発明の好ましい実施例において、直流充電スタンド及び電気自動車の電気的接続が緩むことにより、異常なＣＰのＰＷＭ信号が生成されるとき、前記検出回路中のＣＰ電位判別モジュールが充放電モジュールの第１充電ループを起動し、生成された充放電曲線を示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

ここで、発明の具体的な実施例及びその観点に対して詳細に記載する。この種の記載は本発明の構造又はプロセスを説明しており、説明のために提供し、本発明の特許請求の範囲を制限するためではない。従って、明細書中の具体的な実施例及び好ましい実施例以外にも、本発明はその他の異なる実施例で幅広く実行することができる。以下、特定の具体的な実施例により本発明の実施方式を説明し、当業者は本明細書に開示する内容により本発明の効果及びその利点を容易に理解することができる。本発明はその他の具体的な実施例により応用及び実施することもでき、本明細書が詳述した各細部も異なる需要に基づいて応用することができ、本発明の主旨から逸脱せず各種様々な修飾又は変更を行う。

【0022】

一般的に、ヨーロッパ及び北米が採用するコンバインドチャージングシステム（ＣＣＳ、Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）充電インターフェースのピンは、ＳＡＥ Ｊ１７７２を基に２つの直流急速充電ピンを追加している。さらにＩＥＣ６１５８１を電気自動車充電インターフェースの世界規格とし、これは充電スタンドと、電気自動車の車載用充電器（ＯＢＣ、Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ）の電子設備との間に渡るコントロールパイロット接続（ｐｉｌｏｔ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）の電気信号（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ）の規格を規定している。前記通信インタラクションは両者の間の物理的接続を確保し、例えば充電可能容量及び安全の懸念がない条件などの特定の条件下で電力供給をつなぐのに用いられる。

【0023】

図１（Ａ）は、直流充電スタンドの電気自動車に対する充電の簡略化したシステムアーキテクチャを示している。直流充電スタンド１０は、通信ユニット－Ｉ１０１、直流供給ユニット（充電制御装置を含む）１０３、絶縁制御ユニット１０５、電力供給ポート（ＰＰ、ＰＥ、ＣＰ、Ｎ、Ｌ１、ＤＣ＋、ＤＣ－）、及びメインスイッチ／リレー１０７などを含み；電気自動車２０は、通信ユニット－ＩＩ２０１、高圧システム（電池を含む）２０３、切断装置２０５、及び対応ポート（ＰＰ、ＰＥ、ＣＰ、Ｎ、Ｌ１．ＤＣ＋、ＤＣ－）などを含み、電力供給ポートＮ、Ｌ１は図示していない。

【0024】

直流充電スタンドは、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）通信方式を利用して、直流充電スタンド及び電気自動車の充電の接続状態、及びケーブル電力供給をテストする。直流充電スタンドがＣＣＳプロトコルに基づいて充電工程を行うとき、直流充電スタンド１０はコントロールパイロット（ＣＰ）デジタル通信信号を生成して工程を起動し、ＣＰ点は異なる工程の状況に応じて異なる周波数、デューティサイクル（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）、及びレベルの違いを示す。従来、直流充電スタンド１０で機能を使用するか、又は工程をテストするとき、テストの要求及び満たさなければならない事項／条件の工程を示し、これにより直流充電スタンド１０に接続した電気自動車両２０は工程通りにテストされ、充電を開始する。その過程は以下の通りであり、ステータスＡ（電気自動車２０は直流充電スタンド１０にまだ接続されていない）、＋１２Ｖ；ステータスＢ（電気自動車がすでに充電スタンドに接続されているが、充電の準備がされていない）、＋９Ｖ；ステータスＣ（電気自動車２０が直流充電スタンド１０に接続され、充電の準備がされている）、＋６Ｖ；ステータスＤ（電気自動車２０が直流充電スタンド１０に接続され、充電の準備がされ、換気を必要とする）、＋３Ｖ；及びその他のステータスである。

【0025】

図１（Ｂ）を参照されたい。直流充電スタンドの電気自動車に対する充電のコントロールパイロット回路を示す。ステータスＡにおいて、電気自動車２０は直流充電スタンド１０にまだ接続されておらず、直流充電スタンド１０回路中の切換スイッチＳ１は＋１２Ｖの直流電源に接続され、ＣＰ点の電圧レベルは＋１２Ｖ（直流充電スタンド１０のＣＰ点が開路状態である）と検出される。ステータスＢでは、電気自動車２０は直流充電スタンド１０にすでに接続されているが、充電の準備がまだされていない。このとき直流充電スタンド１０の発信器生成回路１２１は切換スイッチＳ１と接続され、すなわち＋１２Ｖ（１ＫＨｚ、ＰＷＭ信号）電源につながる。電気自動車２０側はコントロールパイロット回路中の切換スイッチＳ２を開路に制御し、この状態でＣＰ点の電圧レベルは＋９Ｖ（つまり＋１２Ｖ、Ｓ１、抵抗Ｒ１’、ＣＰ、ダイオードＤ、Ｒ３’及びＰＥがループ（つまり、コントロールパイロット回路）を形成し、このループはＣＰ点での電圧レベルが＋９Ｖである）と検出される。ダイオードＤ、Ｓ２、Ｒ２’、Ｒ３’及びＰＥは車両制御回路２０７を形成し、電気自動車２０及び直流充電スタンド１０の適合性を確認するのに用いられる。１つの例は、直流充電スタンド１０が（例えばＲＦＩＤ又はスマートフォンの）アプリケーション権限を付与される必要があり、それから充電が認められるが、このような権限がまだ提供されていない場合、直流充電スタンドはコントロールパイロット信号を発振させることはない。ステータスＣでは、直流充電スタンド１０は権限が付与されて充電が認められ、充電が有効になる。このとき直流充電スタンド１０回路中のコントロールパイロット回路の切換スイッチＳ１は発信器生成回路１２１につながり、発振するパイロット信号（１ＫＨｚ＋／－１２Ｖ）を生成して、コントロールパイロット回路に提供し、さらに切換スイッチＳ１及び発信器生成回路１２１を閉じる。コントロールパイロット回路中のスイッチＳ２を閉じ、＋／－１２Ｖの発振するパイロット信号、Ｓ１、抵抗Ｒ１’、ＣＰ、ダイオードＤ、Ｒ３’／／Ｒ２’（／／は並列を示す）及びＰＥがループ（コントロールパイロット回路）を形成し、このループはＣＰ点での電圧レベルが＋６Ｖまで低下する。ステータスＤでは、電気自動車は直流充電スタンドに接続され、充電が準備され、換気を必要とするとき（通常は急速充電モードのとき）、＋／－１２Ｖの発振するパイロット信号、Ｓ１、抵抗Ｒ１’、ＣＰ、ダイオードＤ、Ｒ３’／／Ｒ２’（／／は並列を示す）及びＰＥがループを形成し、１つの２７０Ωの抵抗を追加で並列にすることにより、このループはＣＰ点での電圧レベルが＋３Ｖまで低下する。

【0026】

図１（Ａ）～（Ｂ）を参照すると、直流充電スタンド１０は電気自動車２０との接続を確認した後ＰＰ接点をロックし、電気自動車２０の充電ポートを直流充電スタンド１０のポートと固定する。おおよその充電工程は以下の通りである。直流充電スタンド１０の通信ユニット－Ｉ１０１及び電気自動車の通信ユニット－ＩＩ２０１は通信（ＰＬＣ、ＣＰ通信）を構築して相互につながる。充電条件は変数が制限され、例えばＶ_ｏｕｔ＞６０Ｖ又は電気自動車２０及び直流充電スタンド１０に互換性がないことを検出した場合、充電工程を停止する。電気自動車２０がステータスＢからステータスＣ／Ｄに進むと、このとき直流充電スタンド１０はすでに充電が認められた状態であり、電気自動車２０側の高圧システム２０３に対して絶縁検査を行い、さらに絶縁状態の報告を続ける。直流充電スタンド１０は絶縁検査に成功したことを確認すると「許可」し、すぐに「Ｒｅａｄｙ」で電気自動車２０の通信ユニット－ＩＩ２０１に返信し、すなわち充電回路の検査が完了する。続いて、電気自動車２０は予備充電テストを要求し、すなわち直流充電スタンド１０が直流電流を提供することを要求し、電流は＜２Ａであり、このとき直流充電スタンド１０のメインスイッチ／リレー１０７は閉じる。Ｖ_ｏｕｔが許容される安全範囲より小さく、電流＜２Ａであり、電気自動車側の電池の電圧が２０Ｖより小さいとき、電気自動車は切断装置２０５を閉じ、その後次の段階で充電（急速充電を含む）が認められる。供給中断（ｐｏｗｅｒ ｄｏｗｎ）が発生したとき、電気自動車２０は直流充電スタンド１０に電力出力停止要求を発し、電流が１Ａより小さくなった後、電気自動車は切断装置２０５を開き（開路）、続いて直流充電スタンドはメインスイッチ／リレー１０７を切断する。

【0027】

上記に記載する従来技術において、ＣＰ信号が実際に中心の役割を果たすことがわかり、各種状況で工程通りにテスト及び要求、さらに満たさなければならない事項／条件の工程を制御し、これにより充電スタンドに接続した電気自動車両は工程通りにテストされ、充電を開始する。ＣＰ信号が前記各種状態を直接判読し、直接充電スタンド全体のシステムの効果及び安全性に影響を及ぼしているため、ＣＰ点の電圧レベルを正確に検出するのは最も鍵となる。

【0028】

このほか、直流充電スタンドはＣＣＳプロトコルに基づいて充電工程を行い、ＣＰ点に状態変化が生じたとき、ソフトウェアを組み合わせて伝送されるＣＰ点の状態変化を検出する時間はハードウェアの反応に追いつかないため、エラーの状況が発生し（例えば突発的な短絡又は開路状況）、保護が間に合わない状況をもたらす可能性がある。上記の状況に対して、本発明はハードウェア回路を設計し、状態を検出して保護することを実現する。

【0029】

直流充電スタンドがＣＣＳプロトコルの工程に基づくとき、正常な状況において、図２（Ａ）に示すように、充電が完了すると、ＣＰ点の電圧信号はステータスＣからステータスＢに変わり、充電プラグが電気自動車から外されるまで続き、さらにＣＰ点の電圧信号は定常電圧値１２Ｖに維持される。図２（Ｂ）に示すように、充電が完了すると、ＣＰ点の電圧信号はステータスＣからステータスＢに変わり、ＣＰ点の電圧信号は定常電圧値１２Ｖに短い時間維持された後、ＰＷＭ信号が生成されるが、この状況は発生するべきではない。図２（Ｂ）に示す状況が発生したとき、ＣＰ点に異常状態が生じ、つまり充電接続に突発的な開路現象が生じている。もう１つの状況は、充電接続に突発的な短絡現象が発生し、ＣＰ点の電圧信号は定常電圧値０Ｖに維持される。前記ＣＰ点に異常が生じたとき、いずれも突発的で緊急の状況であり、直流充電スタンドは法規に関連して定義される状態の時間内で保護動作を完了する必要がある。

【0030】

このとき、電位が変わるとき、図２（Ｂ）のステータスＢに示すように、最初はＣＰ点の電圧信号はＰＷＭの５％のデューティサイクル（Ｄｕｔｙ Ｃｙｃｌｅ）内にあるため、即時検出及び保護に用いる関連回路を開発する必要があり、これにより誤動作が起こり関連するハードウェア、特に充電スタンド及び電気自動車の電池が損傷するのを防ぐ。

【0031】

この検出回路の開発に最も重要なのは、即時検出及び保護に注目して、誤動作が生じるのを防ぐことであり、従ってこの回路はまずＣＰ点の現在の状態を検出及び判別することができる必要がある。例えば、充電スタンドの法規は充電コネクタが緩んだ（ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ）とき、充電電流は３０ｍｓ内で５Ａより小さくなるまで、充電電圧ｈ１００ｍｓ内で６０Ｖより低くなるまで低下させる必要があると規定している。

【0032】

本発明は、コントロールパイロット回路のＣＰ点の電圧レベルを検出するための検出回路１４０を示す。図３（Ａ）に示すように、検出回路１４０は抵抗器Ｒ１’及びスイッチＳ１を経由して発振器生成回路１２１（ＣＰ信号生成回路に用いる）に電気的に結合し、これにより電気自動車両２０が直流充電スタンド１０に接続されるとき、異常なＣＰ信号を検査し、さらに検査したＣＰ信号を制御回路１４９に出力する。制御回路１４９は受信したＣＰ信号に基づいてスイッチＳ１及びメインスイッチ／リレー１０７の動作を制御することができ、さらに通信ユニット－Ｉ１０１と相互に通信することができる。

【0033】

好ましい実施例について、前記制御回路１４９は１つのデジタルシグナルプロセッサ集積回路（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ＩＣ、ＤＳＰ ＩＣ）であり、例えばマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）又は類似機能を有するその他のＩＣである。

【0034】

検出回路１４０の実施方式は、改良したハードウェア回路を利用する。ＣＰ電位が異常なとき、ソフトウェア検出より優先して、ハードウェア回路がまず保護メカニズムを起動することができ、これにより保護を作動させる時間は充電スタンド全体の保護に急速に達することができる。回路の細部は図３（Ｂ）を参照されたい。前記検出回路１４０はＣＰ電位判別モジュール１４０１、充放電モジュール１４０２及び制御装置保護起動モジュール１４０３を含む。前記ＣＰ電位判別モジュール１４０１は、＋１２Ｖ電源、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及び接地点が形成する第１分圧回路を含み、２種の参考電圧レベル、すなわち第１参考電圧レベルＶ_ｒｅｆ１及び第２参考電圧レベルＶ_ｒｅｆ２を生成する。前記第１参考電圧レベルＶ_ｒｅｆ１及び第２参考電圧レベルＶ_ｒｅｆ２は、第１コンパレータ１４５ａの反転入力端子（－）及び第２コンパレータ１４５ｂの非反転入力端子（＋）にそれぞれ電位参考基準として入力され、さらにＣＰ信号入力端子は第１コンパレータ１４５ａの非反転入力端子（＋）及び第２コンパレータ１４５ｂの反転入力端子（－）に接続され、整流回路（図示しない）を経てそのマイナス電位信号がろ過されたＣＰ信号が入力される。充放電モジュール１４０２は２つの充放電ループの分岐を有し、すなわち第１充放電ループ及び第２充放電ループである。第１充放電ループは、＋１２Ｖ電源（第１電源）、抵抗Ｒ４（第１抵抗）、抵抗Ｒ５（第２抵抗）、Ｒ５と並列な第１ダイオードＤ１（Ｒ５／／Ｄ１）、第１キャパシタＣ１、及び接地点が形成する充放電ループを含む。前記抵抗Ｒ４（第１抵抗）の一端は＋１２Ｖ電源と電気的に接続され、もう一端は第１コンパレータ１４５ａの出力端子と電気的に接続され、Ｒ５／／Ｄ１の一端（Ｄ１の陽極端子）は第１コンパレータ１４５ａの出力端子と電気的に接続され、Ｒ５／／Ｄ１のもう一端（Ｄ１の陰極端子）は第１キャパシタＣ１の一端と電気的に接続され、第１キャパシタＣ１のもう一端は接地される。第２充放電ループは、＋１２Ｖ電源（第２電源）、抵抗Ｒ６（第３抵抗）、抵抗Ｒ７（第４抵抗）、第２キャパシタＣ２、及び接地点が形成する充放電ループを含む。前記抵抗Ｒ６の一端は＋１２Ｖ電源と電気的に接続され、もう一端は第２コンパレータ１４５ｂの出力端子と電気的に接続される抵抗Ｒ７と電気的に接続され、抵抗Ｒ６、Ｒ７の共同の接点は第２キャパシタＣ２の一端と電気的に接続され、第２キャパシタＣ２のもう一端は接地される。制御装置保護起動モジュール１４０３は、第２分圧回路及び第３コンパレータ１４５ｃからなり、第２分圧回路は＋１２Ｖ電源、抵抗Ｒ８及び抵抗Ｒ９及び接地点が形成し、第３参考電圧レベルＶ_ｒｅｆ３を入力する。前記第３参考電圧レベルＶ_ｒｅｆ３は、第３コンパレータ１４５ｃの反転入力端子（－）から入力され、第３コンパレータ１４５ｃの非反転入力端子（＋）は第２ダイオードＤ２、第３ダイオードＤ３を介して、それぞれ前記第１充放電ループ及び第２充放電ループと電気的に接続され、充放電モジュール１４０２から出力される電圧信号を入力する。第３コンパレータ１４５ｃの出力端子は制御回路１４９と電気的に接続され、スイッチＳ１及びメインスイッチ／リレー１０７の動作を制御し、充電スタンド及び電気自動車の電池を即時保護する。前記第２ダイオードＤ２及び第３ダイオードＤ３は、信号が逆方向に戻るのを防止することができる。

【0035】

一実施例において、前記第１参考電圧レベルＶ_ｒｅｆ１の電圧値範囲は０から１１Ｖであり；前記第２参考電圧レベルＶ_ｒｅｆ２の電圧値範囲は０から１Ｖであり；前記第３参考電圧レベルＶ_ｒｅｆ３の範囲は０から５Ｖである。

【0036】

ＣＰ信号（整流濾波後）が検出回路１４０に入力されると、ＣＰ信号の電圧レベルはＣＰ電位判別モジュール１４０１中の２つ（第１、第２）のコンパレータ（１４５ａ、１４５ｂ）を経由して判別される。入力されたＣＰ信号の電圧レベルがＶ_ｒｅｆ１より高い場合、第１コンパレータ１４５ａは高レベル信号を出力して、前記第１充放電ループを起動し、この状況は図２（Ｂ）に示す状況に対応する。ＣＰ点に異常状態が発生する、つまり充電接続が緩んだために突発的に開路し、さらに接触が戻る現象が生じると、ＣＰ点の信号は＋１２Ｖ定常電圧が（接触するため）回復し、１２ＶのＰＭＷ信号が生成される。この状況が発生したとき、起動された第１充電ループはＲ５／／Ｄ１及びキャパシタＣ１からなる充放電ループを少なくとも有するため、充電が早く、放電が遅い特性を備え、これにより第１充電ループは第１時間範囲ｔ１内で第１コンパレータ１４５ａから出力されたＣＰ信号を第１定常電圧値Ｖ_ｓａｔ１まで充電することができる。この定常電圧値Ｖ_ｓａｔはＤ２を経由して制御装置保護起動モジュール１４０３中の第３コンパレータ１４５ｃの非反転入力端子（＋）に入力される。第１定常電圧値Ｖ_ｓａｔ１の電圧レベルは前記第３参考電圧レベルＶ_ｒｅｆ３より高く、これにより該第３コンパレータ１４５ｃの出力端子は高レベル信号を出力して、電気的に接続する制御回路を駆動する。その後、直流充電スタンド１０中の直流供給ユニット１０３及び電気自動車２０中の電池２０３を接続するメインスイッチ／リレー１０７を切断し、該直流充電スタンド１０及び該電池２０３を即時保護する。

【0037】

好ましい実施例について、前記第１時間範囲ｔ１は３０ｍｓより短く；前記第１定常電圧値Ｖ_ｓａｔ１の範囲は０から９Ｖである。

【0038】

類似の状況について、ＣＰ信号（整流濾波後）が検出回路１４０に入力されると、ＣＰ信号の電圧レベルはＣＰ電位判別モジュール１４０１中の２つ（第１、第２）のコンパレータ（１４５ａ、１４５ｂ）を経由して判別される。入力されたＣＰ信号の電圧レベルがＶ_ｒｅｆ２より低い場合、第２コンパレータ１４５ｂは高レベル信号を出力して、前記第２充放電ループを起動する。この状況はＣＰ点に短絡の異常状態が生じ、ＣＰ点の信号は０Ｖの定常電圧である。この状況が発生したとき、起動された第２充電ループは極めて短い時間ｔ２内、すなわち第２時間範囲で、第２コンパレータ１４５ｂから出力されるＣＰ信号を第２定常電圧値Ｖ_ｓａｔ２まで完全に充電することができ、Ｖ_ｓａｔ２はＤ３を経由して制御装置保護起動モジュール１４０３中の第３コンパレータ１４５ｃの非反転入力端子（＋）に入力される。第２定常電圧値Ｖ_ｓａｔ２の電圧レベルは前記第３参考電圧レベルＶ_ｒｅｆ３より高く、これにより該第３コンパレータ１４５ｃの出力端子は高レベル信号を出力して、電気的に接続する制御回路を駆動する。その後、直流充電スタンド１０中の直流供給ユニット１０３及び電気自動車２０中の電池２０３を接続するメインスイッチ／リレー１０７を切断し、該直流充電スタンド１０及び該電池２０３を即時保護する。

【0039】

好ましい実施例において、前記第２時間範囲ｔ２は９ｍｓより短く；前記第２定常電圧値は１２Ｖである。

【0040】

前記コントロールパイロット（ＣＰ）信号電位判別モジュール１４０１は、入力されたコントロールパイロット（ＣＰ）信号の電圧レベルを判別して、充放電モジュール１４０２を起動する。ＣＰ電位判別モジュール１４０１を経由して出力されたコントロールパイロット信号を所定の時間範囲内（３０ｍｓより短い）で所定の定常電圧値より高くなるまで充電し、これにより制御装置保護起動モジュール１４０３を起動し、直流充電スタンドを即時保護する。好ましい実施例において、前記所定の定常電圧値は該第１定常電圧値又は該第２定常電圧値のうちの１つであり、第１又は第２充電ループが起動されることによって決まる。

【0041】

ＣＰ信号（整流濾波後）が検出回路１４０に入力されると、ＣＰ信号の電圧レベルはＣＰ電位判別モジュール１４０１中の２つ（第１、第２）のコンパレータ（１４５ａ、１４５ｂ）を経由して判別される。入力されたＣＰ信号の電圧レベルがＶ_ｒｅｆ１からＶ_ｒｅｆ２の間にある、つまりＶ_ｒｅｆ２＜ＣＰ＜Ｖ_ｒｅｆ１の場合、充放電モジュール１４０２中の第１及び第２充電ループはいずれも始動（起動）されず、直流充電スタンド１０中の直流供給ユニット１０３及び電気自動車２０中の電池２０３を接続するメインスイッチ／リレー１０７は、前の状態が維持される。

【0042】

図３（Ｃ）は実際に測定した充放電曲線を示す。前記直流充電スタンド及び電気自動車の電気的接続が緩むことにより、異常なＣＰのＰＷＭ信号が生成されるとき、前記検出回路１４０中のＣＰ電位判別モジュール１４０１が充放電モジュール１４０２中の第１充電ループを起動する。曲線３０１は前記第１充電ループの出力電圧の時間変化に伴う充放電曲線であり、該曲線は前記第１充電ループが充電が速く、放電が遅い特性を有することを示す。

【0043】

以上の実施例は本発明の技術案を説明したに過ぎず、本発明を制限するものではない。前記実施例を参照して本発明及びその効果、利益について詳細に説明したが、依然として前記各実施例の記載を修正する、又はこのうちの一部の技術的特徴に対して同等の置換を行うことができ；これらの修正又は置換は、対応する技術案の本質を本発明の特許請求の範囲から逸脱させないことを当業者は理解するものとする。

【符号の説明】

【0044】

１０ 直流充電スタンド
１０１ 通信ユニット－Ｉ
１０３ 直流供給ユニット
１０５ 絶縁制御ユニット
１０７ メインスイッチ／リレー
２０ 電気自動車
２０１ 通信ユニット－ＩＩ
２０３ 高圧システム
２０５ 切断装置
１４０ 検出回路
１４９ 制御回路
１４０１ ＣＰ電位判別モジュール
１４０２ 充放電モジュール
１４０３ 制御装置保護起動モジュール
１４５ａ 第１コンパレータ
１４５ｂ 第２コンパレータ
１４５ｃ 第３コンパレータ
３０１ 曲線

【図1(A)】

【図1(B)】

【図2】

【図3(A)】

【図3(B)】

【図3(C)】

【外国語明細書】