JP2010239837A

JP2010239837A - 地絡検出装置、電動車両用充電器、および地絡検出方法

Info

Publication number: JP2010239837A
Application number: JP2009087583A
Authority: JP
Inventors: Hiroomi Funakoshi; 博臣舩越
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21
Also published as: WO2010113917A1

Abstract

【課題】地絡を迅速に検出でき、かつ信頼性のより高い電動車両用充電器を提供する。
【解決手段】電気自動車用充電器１００の地絡検出装置１０２は、正極側および負極側充電用ライン１０３Ａ，１０３Ｂに接続された同じ抵抗値の２つの抵抗１０２１Ａ，１０２１Ｂの直列回路１０２１と、抵抗１０２１Ａ，１０２１Ｂ間をつなぐ配線の接地接続ポイント１０２１Ｃをアース（大地）４００へつなぐ接地線１０２３と、接地線１０２３を流れる直流電流の測定値を逐次出力する電流検出器１０２２と、電流検出器１０２２の測定値が入力される制御器１０２４と、を有している。電気自動車２００の車載バッテリ２０２への急速充電中、電流検出器１０２２は、接地線１０２３を流れる直流電流を逐次測定し、制御器１０２４は、電流検出器１０２２が逐次出力する実測電流値と閾値との比較により地絡を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両用充電器の地絡検出装置に係り、特に、急速充電器における地絡検出の速度およびその信頼性を向上させる技術に関する。

車体アースから絶縁されたバッテリを搭載した電気自動車のなかには、バッテリから車体アースへの漏電を検知するコンデンサ型の絶縁監視装置が設けられているものがある。例えば、特許文献１には、このようなコンデンサ型の絶縁監視装置として機能する漏電検知システムが開示されている。この漏電検知システムにおいては、一方の極側の充電用ラインと車体との間に、直流電流を遮断するコンデンサと変流器と交流電源とからなる直列回路が設けられており、漏電発生時に交流電源からコンデンサおよび充電用ラインを流れる交流電流が、変流器を介して漏電電流検出器によって検出される。

なお、特許文献２にも、これと類似の構成を有するコンデンサ型の絶縁監視装置（電気自動車の地絡検出回路）が記載されている。

特開２００５−２０８４８号公報（図１４、図１５、図１６）特開平８−７０５０３号公報

ところで、電気自動車の車載バッテリを充電する充電器の充電用ラインには、一般に、交直変換器内部で発生したノイズをアース（大地）にバイパスさせるためのノイズ除去用コンデンサが設けられている。このため、仮にコンデンサ型の絶縁監視装置を充電器の地絡検出装置としてそのまま適用すると、地絡検出装置の交流電源により発生する交流電流が絶縁監視装置のコンデンサとノイズ除去用コンデンサとを循環してしまう可能性がある。このような交流電流の循環が発生すると、実際には漏電が発生していないにも関わらず、漏電電流検出器が漏電を検知する可能性がある。

また、コンデンサ型の絶縁監視装置においては、一般に、漏電発生時に流れる微小な交流電流とノイズとを識別するために、高速フーリエ変換によるフィルタ処理が行われる。漏電発生時に流れる交流電流とノイズとを高速フーリエ変換によって識別するには、ある程度の時間にわたってデータをサンプリングする必要があるため、その分、漏電発生時に流れる交流電流の検出処理に時間を要する。例えば、充電スタンド内に設置される電気自動車用急速充電器からは、電気自動車とは異なり、高圧電流が流れる充電用ケーブルが外部に露出しているため、これに適用される地絡検出システムには、地絡の発生をより迅速に検出することが求められる。

このため、コンデンサ型の絶縁監視装置は、電気自動車用充電器の地絡検出装置としてそのまま適用するには不向きである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電動車両用充電器における地絡を迅速に検出でき、かつ信頼性のより高い地絡検出装置、およびこれを備える電動車両用充電器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明においては、電動車両用充電器の正極側および負極側の各充電用ライン−アース（大地）間に、互いに抵抗値の等しい抵抗を挿入する。そして、電動車両の充電中には、それぞれ抵抗を介した正極側および負極側の各充電用ライン−アース間の直流電流等を検出器により逐次測定して、その測定値の変動を監視する。

例えば、本発明の地絡検出装置は、電動車両用充電器の正極側および負極側充電用ラインの地絡を検出する地絡検出装置であって、
前記正極側および負極側充電用ライン間に挿入された、抵抗値の等しい２つの抵抗からなる直列回路と、
前記２つの抵抗間に定めた接地位置をアースにつなぐ接地線と、
前記接地線に流れる電流、または前記接地位置および前記アース間の電圧を検出する検出手段と、を備える。

また、本発明の電動車両用充電器は、
前記電動車両の車載バッテリに給電するための正極側および負極側充電用ラインと、
前記正極側および負極側充電用ラインに接続された前記地絡検出装置と、
遮断器と、
前記地絡検出装置が地絡の発生を検出した場合、前記遮断器に遮断を指示する制御装置と、を備える。

本発明によれば、地絡を迅速に検出でき、かつ信頼性のより高い電動車両用充電器を提供できる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る電気自動車用充電器の概略構成を説明するための図である。図２（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る電気自動車用充電器において、負極側充電用ラインで地絡が発生した場合の地絡電流の流れを示す図であり、図２（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る電気自動車用充電器において、正極側充電用ラインで地絡が発生した場合の地絡電流の流れを示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。

まず、本実施の形態に係る電気自動車充電器の構成について説明する。ここでは、充電スタンド等に設置される、電気自動車の車載バッテリを急速充電する急速充電器を例にとり説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る電気自動車用充電器１００の概略構成を示した図である。なお、図１には、電気自動車用充電器１００の接触式コネクタ１０１を電気自動車２００側の接触式コネクタ２０１に装着した状態を一例として示してある。

図示するように、電気自動車用充電器１００は、漏電遮断器（ＥＬＢ）１０５と、交直変換部１０３と、充電ケーブル１０６と、接触式コネクタ１０１と、制御装置１０４と、を有する。

漏電遮断器１０５には、交流電源（例えば２００Ｖ）３００の引き込みケーブルが接続され、交直変換部１０３は、漏電遮断器１０５を介して交流電源３００から供給される交流電流を直流電流に変換する。ここでは、交流電源３００の正極側および負極側出力（正極側および負極側充電用ライン１０３Ａ，１０３Ｂ）の双方を交流電源３００から引き外す漏電遮断器１０５の構成を図示している。充電ケーブル１０６は、交直変換部１０３からの正極側充電用ライン１０３Ａおよび負極側充電用ライン１０３Ｂを収容する。接触式コネクタ１０１は、充電ケーブル１０６の先端部に設けられている。制御装置１０４は、電気自動車用充電器１００全体を制御する。

さらに、この電気自動車用充電器１００は、正極側充電用ライン１０３Ａおよび負極側充電用ライン１０３Ｂの地絡を検出する地絡検出装置１０２を有する。この地絡検出装置１０２は、正極側および負極側充電用ライン１０３Ａ，１０３Ｂに接続された同じ抵抗値の２つの抵抗１０２１Ａ，１０２１Ｂからなる直列回路１０２１と、抵抗１０２１Ａ，１０２１Ｂ間をつなぐ配線の適当な位置（例えば抵抗を均等に２分割する位置、以下、接地接続ポイントと呼ぶ）１０２１Ｃをアース（大地）４００へつなぐ接地線１０２３と、接地線１０２３を流れる直流電流の測定値を逐次出力する変流器（ＤＣＣＴ）等の電流検出器１０２２と、電流検出器１０２２の測定値が入力される制御器１０２４と、を有する。すなわち、正極側充電用ライン１０３Ａ−アース４００間と、負極側充電用ライン１０３Ｂ−アース４００間とに、互いに抵抗値の等しい抵抗１０２１Ａ，１０２１Ｂがそれぞれ挿入されており、電気自動車２００の車載バッテリ２０２への急速充電中は、電流検出器１０２２が、抵抗１０２１Ａを介した正極側充電用ライン１０２１Ａ−アース４００間の直流電流と、抵抗１０２１Ｂを介した負極側充電用ライン１０３Ｂ−アース４００間の直流電流とを逐次測定し、制御器１０２４が、その測定値の変動を監視するようになっている。

ここで、２つの抵抗１０２１Ａ，１０２１Ｂには、地絡発生時に流れる異常電流を小さく抑制するものを用いる必要がある。また、抵抗１０２１Ａ，１０２１Ｂの抵抗値が大きくなりすぎると電流検知時間が長くなるため、抵抗１０２１Ａ，１０２１Ｂの抵抗値を定める際には、使用する電流検出器１０２２等の性能を考慮する必要もある。これらのことより、例えば交流電源２００Ｖを用いる場合には、数十ｋΩ〜数百ｋΩの範囲で抵抗１０２１Ａ，１０２１Ｂの抵抗値を設計することが好ましい。

つぎに、このような電気自動車用充電器１００における地絡発生の検出原理について説明する。

図２（Ａ）は、電気自動車用充電器１００の負極側充電用ライン１０３Ｂで地絡が発生した場合の直流電流（地絡電流）の流れを示す図であり、図２（Ｂ）は、電気自動車用充電器１００の正極側充電用ライン１０３Ａで地絡が発生した場合の直流電流（地絡電流）の流れを示す図である。なお、これらの図には、地絡電流が流れる閉回路部分の構成のみが示され、それ以外の構成は省略されている。

接触式コネクタ１０１を電気自動車２００側の接触式コネクタ２０１に装着することによって、正極側および負極側充電用ライン１０３Ａ，１０３Ｂの端子を電気自動車２００の車載バッテリ２０２の正極端子および負極端子にそれぞれ接続し、正極側充電用ライン１０３Ａおよび負極側充電用ライン１０３Ｂを介して電気自動車２００の車載バッテリ２０２に直流電流Ｉ_１を給電すると（図１参照）、電気自動車２００の車載バッテリ２０２の充電が開始する。この状態においては、抵抗値の等しい２つの抵抗１０２１Ａ，１０２１Ｂにかかる電圧がバランスしているため、接地接続ポイント１０２１Ｃとアース４００とが同電位（０Ｖ）となり、接地線１０２３に直流電流は流れない。

ここで、図２（Ａ）に示すように、負極側充電用ライン１０３Ｂの任意の位置（地絡点）Ｐ１で地絡が発生すると、アース４００から負極側充電用ライン１０３Ｂの地絡点Ｐ１に流れ込んだ地絡電流Ｉ_２は、交直変換部１０３、正極側充電用ライン１０３Ａ、一方の抵抗１０２１Ａおよび接地線１０２３を介してアース４００に流れ込む。このため、電流検出器１０２２は、この地絡電流Ｉ_２を検知する。

一方、図２（Ｂ）に示すように、正極側充電用ライン１０３Ａの任意の位置（地絡点）Ｐ２で地絡が発生すると、正極側充電用ライン１０３Ａの地絡点Ｐ２からアース４００に流れ込んだ地絡電流Ｉ_３は、接地線１０２３、他方の抵抗１０２１Ｂおよび負極側充電用ライン１０３Ｂを介して交直変換部１０３に流れ込む。このため、電流検出器１０２２は、この地絡電流Ｉ_３を検知する。

以上からわかるように、電気自動車２００の車載バッテリ２０２への急速充電中において、正極側および負極側のいずれかの充電用ライン１０３Ａ，１０３Ｂにおける地絡発生は、電流検出器１０２２の測定値から検出することができる。そこで、制御器１０２４は、電気自動車２００の車載バッテリ２０２への急速充電中、電流検出器１０２２から逐次入力される測定値を監視し、その測定値が、あらかじめ定めた閾値を超えると、正極側充電用ライン１０３Ａおよび負極側充電用ライン１０３Ｂのいずれかに異常電流（すなわち地絡）が発生したと判断して、地絡発生を示す異常信号を制御装置１０４に送信する。これに応じて、制御装置１０４は、漏電遮断器１０５の制御により回路を遮断させる。
なお、電気自動車用充電器１００が出力装置を有する場合には、管理者等への通報が出力装置から出力されるようにしてもよい。

以上、本発明の一実施の形態を説明した。

このように、本実施の形態に係る電気自動車用充電器１００によれば、地絡発生時には地絡検出装置１０２の電流検出器１０２２が０．１〜数ｍＡ程度の電流を検出し、この実測値をそのまま閾値と比較することにより、地絡発生を直ちに検出可能である。このため、ＦＦＴ等といった、ある程度の時間を要する演算処理を行う必要がなく、その分、より迅速に地絡を検出して、直ちに回路を遮断することができる。すなわち、地絡発生から回路遮断までに要する時間をより短縮可能である。また、地絡検出装置１０２には、電気自動車用充電器１００のノイズ除去用コンデンサと干渉する要素が含まれていないため、電気自動車用充電器１００の既存の要素との干渉に起因する地絡誤検出の発生を防止することができる。したがって、本実施の形態によれば、電気自動車用充電器における地絡を迅速に検出でき、かつその検出の信頼性を向上させることができる。

また、正極側および負極側のいずれの充電用ライン１０３Ａ，１０３Ｂにおける地絡発生も１台の電流検出器１０２２の測定値に基づき検知することができるため、より安価な電気自動車用充電器１００を実現することができる。

なお、以上においては、接地接続ポイント１０２１Ｃ−アース４００間の直流電流を電流検出器１０２２で検出しているが、接地接続ポイント１０２１Ｃ−アース４００間の電圧を電圧変成器等の電圧検出器で検出してもよい。この場合、接地線１０２３は、少なくとも、接地接続ポイント１０２１Ｃ−アース４００間の電圧を検出するのに十分な抵抗を有している必要がある。

また、以上においては、電流検出器１０２２の測定値に基づき地絡発生を判断する制御器１０２４を地絡検出装置１０２内に設けているが、例えば、制御装置１０４が、電流検出器１０２２の測定値の入力を逐次受け付け、この測定値と閾値との比較により地絡発生を判断するようにしてもよい。

また、本発明は、電気自動車のみならず、搭載されたバッテリの外部電源からの充電機能を有する電動車両に広く適用できる。

１００：電気自動車用充電器、１０１：接触式コネクタ、１０２：地絡検出装置、１０３：交直変換部、１０３Ａ：正極側充電用ライン、１０３Ｂ：負極側充電用ライン、１０４：制御装置、１０５：漏電遮断器（ＥＬＢ）、１０６：充電ケーブル、２００：電気自動車、２０１：接触式コネクタ、２０２：車載バッテリ、３００：交流電源、４００：アース（大地）、１０２１：抵抗の直列回路、１０２１Ａ，１０２１Ｂ：抵抗、１０２２：電流検出器、１０２３：接地線、１０２４：制御器

Claims

電動車両用充電器の正極側および負極側充電用ラインの地絡を検出する地絡検出装置であって、
前記正極側および負極側充電用ライン間に挿入された、抵抗値の等しい２つの抵抗からなる直列回路と、
前記２つの抵抗間に定めた接地位置をアースにつなぐ接地線と、
前記接地線に流れる電流、または前記接地位置および前記アース間の電圧を検出する検出手段と、を備える
ことを特徴とする地絡検出装置。
電動車両の車載バッテリを充電する電動車両用充電器であって、
前記電動車両の車載バッテリに給電するための正極側および負極側充電用ラインと、
前記正極側および負極側充電用ラインに接続された請求項１に記載の地絡検出装置と、
遮断器と
前記地絡検出装置が地絡の発生を検出した場合、前記遮断器に遮断を指示する制御装置と、を備える
ことを特徴とする電動車両用充電器。
電動車両用充電器の正極側および負極側充電用ラインの地絡を検出する地絡検出方法であって、
前記電動車両用充電器において、前記正極側および負極側充電用ライン間に、抵抗値の等しい２つの抵抗からなる直列回路を挿入するとともに、前記２つの抵抗間に定めた接地位置を接地線でアースにつなぎ、かつ前記接地線に流れる電流、または前記接地位置および前記アース間の電圧を検出する検出手段を設け、
前記電動車両用充電器が、電動車両の車載バッテリへの充電中、前記検出手段により逐次検出された、前記接地線に流れる電流、または前記接地位置および前記アース間の電圧の検出値に基づき地絡の発生を検出する
ことを特徴とする地絡検出方法。