TWI474940B - 電動車供電裝置及其控制方法 - Google Patents

Description

電動車供電裝置及其控制方法

本發明係關於一種電動車供電裝置的控制方法，尤指一種可預防電動車供電裝置危險失效的控制方法。

第1圖為先前技術電動車供電裝置100的示意圖。電動車供電裝置100包含一開關102、一繼電器104、一繼電器控制器106、一控制器108、一電流偵測器110及一通訊裝置112。繼電器104用以控制開關102的導通與截止。開關102的一輸入端耦接於一交流電源122，開關102的一輸出端耦接於一連接頭120，用以與一電動車連接。交流電源122可為110VAC、220VAC或是其他常見的市電電源。電動車供電裝置100可透過通訊裝置112與電動車通訊，例如通訊裝置112可利用電動車供電裝置通訊協定中的第一控制確認訊號CP及第二控制確認訊號PP，確認電動車處於可充電狀態，且連接頭120已連接至電動車。接著，通訊裝置112可通知控制器108輸出控制訊號至繼電器控制器106，透過繼電器控制器106導通繼電器104，進而導通開關102。開關102導通後，交流電源122通過開關102輸出至與連接頭120相連接的電動車，以對電動車充電。

電動車供電裝置100使用電流偵測器110做為保護機制，也就是在充電時若輸出至電動車的電流超過一預定值，控制器108會控 制繼電器控制器106，截止開關102，以避免危險。但是若電動車供電裝置100的開關102、繼電器104或繼電器控制器106等功率元件中任一個元件發生異常，例如異常的短路情形，上述的保護機制就無法提供保護。舉例而言，若開關102發生異常的短路情形，則交流電源122的電壓可能在通訊裝置112尚未確認電動車處於可充電狀態且連接頭120尚未連接至電動車之前，就被輸出至連接頭120，形成危險失效(fail-to-danger)的情形。

也因此先前技術的電動車供電裝置100的開關102及繼電器104等功率元件必須採用具有一定等級以上的SIL(safety integrity level)認證元件，例如SIL2或SIL3等級以上的元件，然而符合此等級認證的元件價格較高且市面上供貨較少，取得亦較困難，所以如何改進以往的保護機制便是電動車供電裝置發展的重點。

本發明一實施例揭露電動車供電裝置的控制方法。該方法包含於開始對一電動車充電之前，偵測該電動車供電裝置中一開關的一輸出端的電壓。若該輸出端的電壓大於一第一預定值，則使一漏電斷路器跳脫，以截止電源輸入該開關。若該輸出端的電壓小於該第一預定值，則使該開關導通，以由該輸出端輸出電源，開始對該電動車充電。偵測該輸出端的電流，當該輸出端的電流大於一第二預定值時，截止電源輸入該開關。

本發明另一實施例揭露電動車供電裝置包含一開關、一電壓偵測器、一第一繼電器、一第一繼電器控制器、一第二繼電器、一第二繼電器控制器、一控制器、一電流偵測器及一通訊裝置。該電壓偵測器用以偵測該開關的一輸出端的電壓。該第一繼電器耦接於該開關，用以控制該開關。該第一繼電器控制器耦接於該第一繼電器，用以控制該第一繼電器。該第二繼電器，用以於該輸出端的電壓大於一預定值時觸發一漏電斷路器。該第二繼電器控制器耦接於該第二繼電器，用以控制該第二繼電器。該控制器耦接於該電壓偵測器、該第一繼電器控制器及該第二繼電器控制器，用以根據該輸出端的電壓，控制該第一繼電器控制器及該第二繼電器控制器。該電流偵測器耦接於該控制器，用以偵測該輸出端的電流。該通訊裝置耦接於該控制器，用以與一電動車通訊。

本發明提供的實施例中任一元件單一的失效不會產生危險，所以本發明的開關及繼電器等功率元件不需要使用SIL2或SIL3等級以上的元件，就可使整體電動車供電裝置設計上的安全性達到SIL4的等級。如此不但可節省購買元件的成本及供貨等待時間，更進一步提高了電動車供電裝置的安全性，大幅避免電動車供電裝置對使用者可能造成的危險。

第2A圖為本發明一實施例說明電動車供電裝置200的示意圖。電動車供電裝置200可包含一開關202、一第一繼電器204、一 第一繼電器控制器206、一控制器208、一電流偵測器210、一通訊裝置212、一電壓偵測器218、一第二繼電器214、一第二繼電器控制器216、一溫度偵測器220、一第三繼電器224、一第三繼電器控制器226及一負載230。開關202以外的元件可設置在一印刷電路板250上。

第2A圖的開關202可為具有一線圈2022的電磁開關，當有電流流過線圈2022時，開關202導通。開關202另具有一輸入端，可以透過一漏電斷路器244耦接於一交流電源242，及一輸出端耦接於一連接頭240。連接頭240係用以與一電動車連接。本實施例中，交流電源242可為單相的市電電源，其可包含火線L(Line)及中性線N(Neutral)。第一繼電器204、第二繼電器214及第三繼電器224可以為單刀單擲(SPST)或是其他類型的繼電器。第一繼電器204及第二繼電器214可為具有常開(Normally Open)接點的繼電器，分別以符號R1_NO及符號R2_NO表示，第三繼電器224可為具有常閉(Normally Closed)接點的繼電器，以符號R3_NC表示。第一繼電器控制器206、第二繼電器控制器216及第三繼電器控制器226，可為以多個功率電晶體組成的電路。

電壓偵測器218耦接於控制器208。第三繼電器224可耦接於電壓偵測器218及開關202的輸出端之間，用以控制電壓偵測器218與開關202的輸出端的連接。即電壓偵測器218可於第三繼電器224導通時，偵測開關202的輸出端的電壓，也就是偵測連接頭240的 電壓。第三繼電器控制器226耦接於第三繼電器224，用以控制第三繼電器224。第一繼電器204耦接於開關202，用以控制開關202的導通及關閉，也就是當第一繼電器204導通時，電流可由交流電源242的火線L經過開關202的線圈2022再經過的第一繼電器204流至中性線N，形成迴路以導通開關202。第一繼電器控制器206耦接於第一繼電器204，用以控制第一繼電器204。第二繼電器214耦接於負載230，當第二繼電器214導通時可配合負載230，觸發漏電斷路器244。第二繼電器控制器216耦接於第二繼電器214，用以控制第二繼電器214。控制器208可耦接於第一繼電器控制器206、第二繼電器控制器216及第三繼電器控制器226，用以控制第一繼電器控制器206、第二繼電器控制器216及第三繼電器控制器226。電流偵測器210耦接於控制器208，用以偵測開關202的輸出端的電流，如同第1圖的電流偵測器110做為一道保護機制。通訊裝置212耦接於控制器208，用以與電動車通訊，通訊方式如同第1圖的通訊裝置112。溫度偵測器220耦接於控制器208，用以偵測電動車供電裝置200的溫度，若溫度過高則停止電動車供電裝置200的動作。溫度偵測器220可設置於裝配印刷電路板的殼體內。

第2B圖為本發明另一實施例說明電動車供電裝置200的示意圖。第2B圖的實施例中，交流電源242可為三相電源，可包含三相火線L1,L2,L3及中性線N。第2B圖的開關202可為三相的電磁開關，漏電斷路器244可為三相的漏電斷路器。其餘電路與第2A圖相同。

第2C圖為本發明另一實施例說明電動車供電裝置200的示意圖。第2C圖的開關202可為三相的固態繼電器(SSR)。固態繼電器可為使用光耦合控制或其他類型的固態繼電器。第2C圖的第一繼電器204不需要透過線圈2022控制開關202，而是由固態繼電器的控制端控制固態繼電器的導通及關閉。在另一實施例中，第2C圖的開關202可為單相的固態繼電器，使用在如同第2A圖所示的單相交流電源242。

請參考第2A至2C圖及第3圖。第3圖為本發明一實施例說明第上述所有實施例的電動車供電裝置200的控制方法300。控制方法300可包含如下步驟。

步驟302：開始；步驟304：於開始對電動車充電前，偵測電動車供電裝置200的開關202的輸出端的電壓；步驟306：判斷開關202的輸出端的電壓是否大於一第一預定值；若是，執行步驟322；若否，執行步驟308；步驟308：決定是否要繼續偵測開關202的輸出端的電壓；若是，執行步驟312；若否，執行步驟310；步驟310：停止偵測開關202的輸出端的電壓；步驟312：對電動車充電；步驟314：判斷是否已對電動車完成充電；若是，執行步驟316；若 否，執行步驟312；步驟316：停止對電動車充電；步驟318：偵測開關202的輸出端的電壓並且判斷開關202的輸出端的電壓是否大於第一預定值；若是，執行步驟322；若否，執行步驟320；步驟320：電動車供電裝置200進入一等待模式(Standby Mode)，等待下一次對電動車充電，執行步驟324；步驟322：使漏電斷路器244跳脫以截止交流電源242輸入開關202，以停止對電動車充電；步驟324：結束。

步驟304及318中，控制器208可以透過控制第三繼電器控制器226，導通第三繼電器224，建立電壓偵測器218與開關202的輸出端的連接，以利用電壓偵測器218偵測開關202的輸出端的電壓。偵測的結果會傳回控制器208，以進行後續的判斷步驟。步驟306及318中，控制器208可根據偵測的結果判斷開關202的輸出端的電壓是否大於第一預定值，且步驟306及318中的第一預定值可為零電位，代表開關202的輸出端無電壓輸出，是為安全情形後，才執行後續的充電步驟。步驟308中，控制器208可決定是否要繼續偵測開關202的輸出端的電壓。步驟310中，控制器208可透過控制第三繼電器控制器226，截止第三繼電器224以停止偵測開關202的輸出端的電壓。步驟312中，控制器208可透過控制第一繼電器控制器206，導通第一繼電器204，進而導通開關202，以使交流電 源242可經過開關202及連接頭240，對電動車充電。步驟314中，控制器208可判斷是否已對電動車完成充電。步驟316中，控制器208可透過控制第一繼電器控制器206，截止第一繼電器204，進而截止開關202，以使交流電源242無法經過開關202及連接頭240，停止對電動車充電。步驟322中，控制器208可以透過控制第繼電器控制器216，導通第二繼電器214，第二繼電器214導通後，會形成與負載230串聯的電流路徑，在交流電源242的火線L或是L1、L2、L3其中任一條及一大地端G之間形成迴路，如此便可刻意在交流電源242及大地端G之間造成漏電流，觸發漏電斷路器244，使漏電斷路器244跳脫，進而使交流電源242無法進入開關202，所以開關202的輸出端便無電壓輸出，可增加除了電流偵測器210以外保護機制。

在方法300的各步驟，電流偵測器210可偵測開關202的輸出端的電流，若輸出端的電流大於一第二預定值，則電流偵測器210可通知控制器108，以控制第一繼電器204，截止開關202，避免危險。另一實施例中，若輸出端的電流大於第二預定值，則電流偵測器210可通知控制器108，以控制第二繼電器214，使漏電斷路器244跳脫，截止交流電源242輸入開關202，禁止開關202輸出電源，避免危險。

在另一實施例中，電動車供電裝置200可不包含第三繼電器224及第三繼電器控制器226，而電壓偵測器218直接耦接於控制器208 及開關202的輸出端之間，用以持續的偵測開關202的輸出端的電壓。所以在本實施例中，步驟308及步驟310可以省略。在另一實施例中，電動車供電裝置200可不包含溫度偵測器220，而其他的動作方式如第2圖及第3圖所述。

綜上所述，本發明實施例揭露了具有開關202的輸出端，即連接頭240的電壓偵測機制的電動車供電裝置200及其控制方法。在開始對電動車充電前，先行偵測電動車供電裝置200的開關202的輸出端的電壓，只有當輸出端的電壓不大於第一預定值，即連接頭240不帶電時，代表開關202、第一繼電器204或第一繼電器控制器206等功率元件沒有異常短路情形，才會開始對電動車充電，亦即在電動車供電裝置增加了另一道保護機制。此道保護機制可以偵測危險失效的情形，亦即在電動車供電裝置發生危險失效的情形時，刻意觸發漏電斷路器244，使漏電斷路器244跳脫，避開原先可能發生的危險。如此本發明的電動車供電裝置中任一元件單一的失效不會產生危險，所以本發明的開關及繼電器等功率元件不需要使用SIL2或SIL3等級以上的元件，就可使整體電動車供電裝置設計上的安全性達到SIL4的等級。如此不但可節省購買元件的成本及供貨等待時間，更進一步提高了電動車供電裝置的安全性，大幅避免電動車供電裝置對使用者可能造成的危險。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100、200‧‧‧電動車供電裝置

102、202‧‧‧開關

104‧‧‧繼電器

106‧‧‧繼電器控制器

108、208‧‧‧控制器

110、210‧‧‧電流偵測器

112、212‧‧‧通訊裝置

120、240‧‧‧連接頭

122、242‧‧‧交流電源

204‧‧‧第一繼電器

206‧‧‧第一繼電器控制器

214‧‧‧第二繼電器

216‧‧‧第二繼電器控制器

218‧‧‧電壓偵測器

220‧‧‧溫度偵測器

224‧‧‧第三繼電器

226‧‧‧第三繼電器控制器

230‧‧‧負載

244‧‧‧漏電斷路器

250‧‧‧印刷電路板

2022‧‧‧線圈

300‧‧‧方法

302至324‧‧‧步驟

L、L1、L2、L3‧‧‧火線

N‧‧‧中性線

G‧‧‧大地端

R1_NO、R2_NO、R3_NC‧‧‧接點

第1圖為先前技術電動車供電裝置的示意圖。

第2A圖為本發明一實施例說明電動車供電裝置的示意圖。

第2B圖為本發明另一實施例說明電動車供電裝置的示意圖。

第2C圖為本發明另一實施例說明電動車供電裝置的示意圖。

第3圖為本發明一實施例說明第2A至2C圖電動車供電裝置的控制方法。

300‧‧‧方法

302至324‧‧‧步驟

Claims (11)

1. 一種電動車供電裝置的控制方法，包含：於開始對一電動車充電前，偵測該電動車供電裝置中一開關的一輸出端的電壓；當該輸出端的電壓大於一第一預定值時，使一漏電斷路器跳脫，以截止電源輸入該開關，禁止由該輸出端輸出電源；偵測該輸出端的電流；及當該輸出端的電流大於一第二預定值時，截止電源輸入該開關，禁止由該輸出端輸出電源。
2. 如請求項1所述的方法，另包含：當該輸出端的電壓不大於該第一預定值時，使該開關導通，以由該輸出端輸出電源，開始對該電動車充電。
3. 如請求項1所述的方法，另包含：當該輸出端的電壓不大於該第一預定值時，停止偵測該輸出端的電壓；及使該開關導通，以由該輸出端輸出電源，開始對該電動車充電。
4. 如請求項2或3所述的方法，另包含：於充電完成後，使該開關截止；偵測該輸出端的電壓；及當該輸出端的電壓大於該第一預定值時，使該漏電斷路器跳 脫，以截止電源輸入該開關。
5. 如請求項4所述的方法，另包含：當該輸出端的電壓不大於該第一預定值時，進入等待模式。
6. 如請求項1所述的方法，其中該第一預定值為零電位，該開關係為一電磁開關或一固態繼電器(SSR)。
7. 一種電動車供電裝置，包含：一開關；一電壓偵測器，用以偵測該開關的一輸出端的電壓；一第一繼電器，耦接於該開關，用以控制該開關；一第一繼電器控制器，耦接於該第一繼電器，用以控制該第一繼電器；一第二繼電器，用以於該輸出端的電壓大於一預定值時，觸發一漏電斷路器；一第二繼電器控制器，耦接於該第二繼電器，用以控制該第二繼電器；一控制器，耦接於該電壓偵測器、該第一繼電器控制器及該第二繼電器控制器，用以根據該輸出端的電壓，控制該第一繼電器控制器及該第二繼電器控制器；一電流偵測器，耦接於該控制器，用以偵測該輸出端的電流；及 一通訊裝置，耦接於該控制器，用以與一電動車通訊。
8. 如請求項7所述的裝置，另包含一溫度偵測器，耦接於該控制器，用以偵測該電動車供電裝置的溫度。
9. 如請求項7所述的裝置，另包含：一第三繼電器，耦接於該電壓偵測器及該輸出端，用以控制該電壓偵測器與該輸出端的連接；及一第三繼電器控制器，耦接於該第三繼電器及該控制器之間，用以控制該第三繼電器；其中，於開始對該電動車充電前，該控制器控制該第三繼電器控制器，使該第三繼電器導通，以偵測該輸出端的電壓。
10. 如請求項9所述的裝置，另包含：一負載，耦接於該第二繼電器，用以配合該第二繼電器，以觸發該漏電斷路器。
11. 如請求項10所述的裝置，其中該開關係為一電磁開關或一固態繼電器(SSR)。