JP2009268188A - 電動車両の充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両の充電装置において、車体から外部電源の接地点と異なる接地点に接続された接地線の異常の有無を容易に判断する。
【解決手段】充電開始前にリレー５０によって、外部電源の第１接地点２４と異なる第２接地点４４に接続された接地線１９を、制限抵抗５５を介して漏電遮断器３４と充電器１１との間の電圧側車両充電用配線１６に接続された短絡線５４側に切り換えて、漏電遮断器３４から短絡線５４を介して接地線１９に電流を流し、漏電遮断器３４の動作と接地線１９の接地を確認する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両に搭載される二次電池を充電する充電装置に関する。

モータによって車両を駆動する電気自動車等の電動車両には、モータを駆動するための駆動源として充放電可能な二次電池を搭載している。二次電池は車両の走行によって放電するので、残存容量が所定の容量まで低下してきたら充電を行う必要がある。このため、電動車両には交流を直流に変換するとともに二次電池の充電電圧に電圧を調整する車載充電器が搭載され、外部の交流電源に接続して充電を行うことができるように構成されている。

一般に、交流電源は、配電系統の故障の際の異常電圧抑制などを図るために、中性点が接地されている場合が多い。この様な交流電源に電動車両に搭載された車載充電器を接続して充電を行う際に交流配線から車体へのリークが生じた場合、電動車両に外部の交流電源による交流電位が生じることがある。この交流電位を解消するため、車両を外部電源の接地線に接続し、交流配線から車両にリークした漏電電流を交流電源の接地線から大地に逃がすとともに、リークを検出した際に、交流配線を遮断する漏電遮断器を設けることがおこなわれている。また、交流電線を遮断する電磁リレーに接地線を設け、外部電源側の接地線が断線などの異常となった場合に、車両から電磁リレーの接地線を介して大地に漏電電流を逃がすと同時に電磁リレーによって交流電線を遮断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１２３５１７号公報

交流電線から車両へのリークによる交流電位の発生を防止するために、車両の車体に直接接地線を接続することが行われている。この場合、交流電線から車両にリークした漏電電流は、車体に直接接続された接地線を介して大地に逃がされる。しかし、車体に直接接続された接地線に断線などの異常があった場合には、漏電電流を大地に逃がすことができなくなる。

図３を参照しながら、このような従来技術によって電動車両１００に充電を行う場合について説明する。図３に示すように、外部電源は例えば交流６００Ｖの高圧ケーブルで電柱の柱上トランス２１に供給され、柱上トランス２１によって交流２００Ｖに変圧され、建屋３１の電源として供給される。柱上トランス２１のコイルの中性点２２は接地線２３によって電柱付近の第１接地点２４に接地されている。柱上トランス２１は中性点２２に接続されている中性端２６と、２つの電圧端２５ａ，２５ｂとを備えている。中性端２６はケーブル２８によって建屋３１の引き込み口３２に接続され、各電圧端２５ａ，２５ｂはそれぞれケーブル２７，２９によって引き込み口３２に接続されている。このような配電系統の場合、各電圧端２５ａ，２５ｂに接続されたケーブル２７，２９との間から電力を取り出した場合には、交流２００Ｖの電力を取り出せ、一方のケーブル２７と中性点に接続されたケーブル２８とから電力を取り出した場合には、交流１００Ｖの電力を取り出すことができる。

図３に示すように、建屋３１に設けられた漏電遮断器３３を介してケーブル２７とケーブル２８とが建屋３１の配電系統に接続されており、建屋３１の配電系統は電圧端２５ａに電気的に接続されているケーブル４１と中性端２６に電気的に接続されているケーブル４２によって構成されている。ケーブル４１とケーブル４２とは交流１００Ｖの電力を建屋３１の配電系統に供給する。また、建屋３１には第２接地点４４に接続された接地線４３が設けられており、ケーブル４１，４２から建屋３１内にリークがあった場合に、漏電電流を大地に逃がすことができるよう構成されている。

ケーブル４１とケーブル４２とは漏電遮断器３４を介して、電圧側車両充電用配線１６と接地側車両充電用配線１７に接続され、各配線１６，１７はそれぞれ電動車両１００に搭載された充電器１１の電圧端１２と接地端１３とに接続されている。電圧側車両充電用配線１６と接地側車両充電用配線１７とは車両充電用配線１５を構成する。漏電遮断器３４は、電圧側車両充電用配線１６と接地側車両充電用配線１７が貫通するコイルの電流を測定してリーク電流を検出する電流計と各配線１６，１７とを遮断する遮断器とを含む本体３５と、ケーブル４１と接地側車両充電用配線１７とを制限抵抗３８とテストスイッチ３７とを介して接続したテストライン３６とが設けられている。充電器１１は内部に交流電力を直流電力に電力変換器と、電圧を電動車両１００に搭載された二次電池１４の充電電圧に調整する電圧変換器とを備え、供給された交流電力によって二次電池１４の充電を行う。

図３に示すように、電動車両１００には、一端が車体１０に直接接続され、他端が建屋３１の接地線４３に接続され、車体１０と第２接地点４４とを電気的に接続する車体接地線１８が設けられている。

以上のように構成された充電系統によって電動車両１００に搭載された二次電池１４に充電を行う場合の動作について説明する。充電を開始する前に、充電器１１の接続側にある漏電遮断器３４のテストスイッチ３７をオンとしてケーブル４１から制限抵抗３８を通して接地側車両充電用配線１７に図３に示す矢印のように電流を流す。そして、この電流によって漏電遮断器３４の電流検出器が電流を検出し、遮断器が動作するかどうかを確認する。テストスイッチ３７による漏電遮断器３４の動作テストの際には電流は車体接地線１８には流れない。このため、漏電遮断器３４の動作テストの際には車体接地線１８が異常無く第２接地点４４に電気的に接続されているかどうかを確認することはできない。

そこで、第２接地点４４に電気的に接続されている建屋３１の接地線４３または車体接地線１８と柱上トランス２１の中性点に電気的に接続されているケーブル４２との間の電位を測定する。中性点２２は接地線２３によって第１接地点２４に電気的に接続されているので、第１接地点と第２接地点との間に電位差が無い場合には、測定電位がゼロであれば車体接地線１８は異常なく接地されていることが確認できる。車体接地線１８が異常なく第２接地線に電気的に接続されている場合には、電圧側車両充電用配線１６から車体１０にリークが発生した場合、漏電電流は図３の矢印に示すように、車体１０から車体接地線１８を通って大地に逃がされる。

ところが、第１接地点２４と第２接地点４４とは別の地点であることから、第１接地点２４と第２接地点４４との間に電位差ΔＶが発生する場合がある。このような場合には、車体接地線１８とケーブル４２との間の測定電位差がゼロとなった場合でも車体接地線１８に異常のある場合があり、逆に、測定電位差がゼロでない場合でも車体接地線１８に異常のない場合もある。このため、車体接地線１８とケーブル４２との間の電位差を測定することによって車体接地線１８の異常の有無を確認することができないという問題があった。そして、車体接地線１８に異常が有り、第２接地点４４に電気的に接続されていない場合には、電圧側車両充電用配線１６から車体１０にリークが発生した場合、車体１０に交流電位が発生してしまうという問題があった。

本発明は、車体から外部電源の接地点と異なる接地点に接続された接地線の異常の有無を容易に判断することを目的とする。

本発明の電動車両の充電装置は、中性点が第１接地点に接地されている外部電源に漏電遮断器を介して接続され、電動車両に搭載した二次電池を充電する電動車両の充電装置であって、電動車両に搭載された充電器と、外部電源の電圧端と中性端と、充電器の電圧端と接地端とをそれぞれ電気的に接続する車両充電用配線と、電動車両に搭載され、一端が外部電源の第１接地点と異なる第２接地点に電気的に接続された接地線と、一端が電動車両の車体に接続された車体接続線と、一端が制限抵抗を介して漏電遮断器と充電器との間の電圧側車両充電用配線に接続された短絡線とが接続され、接地線を車体接続線側と短絡線側との間で切り換えるリレーと、リレーの切り換えを行う制御部と、を備え、制御部は、充電開始前にリレーを短絡線側に切り換えて、漏電遮断器から短絡線を介して接地線に電流を流し、漏電遮断器の動作と接地線の接地を確認する接地確認手段を有すること、を特徴とする。

本発明の電動車両の充電装置において、制御部は、接地確認手段の後、リレーを車体接続線側に切り換えて、車体接続線と接地線とを接続した後充電を開始する充電開始手段を有すること、としても好適である。

本発明は、車体から外部電源の接地点と異なる接地点に接続された接地線の異常の有無を容易に判断することができるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図３を参照して説明した従来技術と同様の部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。図１に示すように、電動車両１００の充電装置７０は、中性点２２が第１接地点２４に接地されている外部電源に漏電遮断器３４を介して接続され、電動車両１００に搭載した二次電池１４を充電するもので、電動車両１００に搭載された充電器１１と、外部電源と充電器１１とを接続する車両充電用配線１５と、車両に搭載されたリレー５０と、リレー５０と外部電源の第１接地点２４と異なる第２接地点４４とを電気的に接続する接地線１９と、リレー５０と電動車両１００の車体１０とを接続する車体接続線５６と、制限抵抗５５を介してリレー５０と電圧側車両充電用配線１６とを接続する短絡線５４と、車両充電用配線１５の電流を検出する電流計５７と、リレー５０の切り換えを行う制御部６０とを含んでいる。

図１に示すように、外部電源は、例えば交流６００Ｖの高圧ケーブルで電柱の柱上トランス２１に供給され、柱上トランス２１によって交流２００Ｖに変圧され、３本のケーブル２７，２８，２９によって建屋３１に供給され、このうちの２本のケーブル２７，２８に接続された建屋３１の配電系統のケーブル４１，４２から供給される交流１００Ｖの電力である。

ここで、柱上トランス２１のコイルの中性点２２は接地線２３によって電柱付近の第１接地点２４に接地されている。柱上トランス２１は中性点２２に接続されている中性端２６と、２つの電圧端２５ａ，２５ｂとを備えている。中性端２６はケーブル２８に接続され、各電圧端２５ａ，２５ｂはそれぞれケーブル２７，２９に接続されている。また、建屋３１には第２接地点４４に接続された接地線４３が設けられており、ケーブル４１，４２から建屋３１内にリークがあった場合に、漏電電流を大地に逃がすことができるよう構成されている。

ケーブル４１，４２から供給される交流１００Ｖの電力は、漏電遮断器３４を介して、電圧側車両充電用配線１６と接地側車両充電用配線１７に接続され、各配線１６，１７はそれぞれ電動車両１００に搭載された充電器１１の電圧端１２と接地端１３とに接続されている。電圧側車両充電用配線１６と接地側車両充電用配線１７とは車両充電用配線１５を構成する。充電器１１は内部に交流電力を直流電力に交換する電力変換器と、電圧を電動車両１００に搭載された二次電池１４の充電電圧に調整する電圧変換器とを備え、供給された交流電力によって二次電池１４の充電を行う。

電動車両１００にはリレー５０が取り付けられている。リレー５０には３つの接点５１，５２，５３と一端が接点５１に接続され、他端の接続を接点５２と接点５３との間で切り換えられる可動導電板５８が設けられている。リレー５０の接点５１と建屋３１の接地線４３との間は接地線１９で接続されている。建屋３１の接地線４３は、第２接地点４４に接続されていることから接地線１９は接点５１と第２接地点４４とを電気的に接続するものである。リレー５０の接点５２と電圧側車両充電用配線１６とは制限抵抗５５が設けられた短絡線５４で接続されている。短絡線５４は、漏電遮断器３４と充電器１１との間の電圧側車両充電用配線１６に接続され、短絡電流が建屋３１の配電系統から漏電遮断器３４を通って流れるように構成されている。リレー５０の接点５３と電動車両１００の車体１０とは車体接続線５６で接続されている。車両充電用配線１５に設けられた電流計５７は、電圧側車両充電用配線１６と接地側車両充電用配線１７が貫通するコイルの電流を測定して短絡電流を検出するものであってもよいし、各配線１６，１７個別の電流を測定するものであってもよい。

制御部６０は、内部にＣＰＵとプログラムやデータなどを格納するメモリとを含むコンピュータであってもよいし、電気回路によって構成してもよい。リレー５０と、電流計５７と、充電器１１とは制御部６０に接続され、リレー５０は制御部６０の指令によって接点の切り換え動作と充電器１１のオンオフ動作とができるように構成されている。また、制御部６０は、電流計５７によって検出した電流値を取得することができるよう構成されている。

以上のように構成された電動車両１００の充電装置７０の動作について図２を参照しながら説明する。図２のステップＳ１０１に示すように、制御部６０はリレー５０の接点５１に取り付けられた可動導電板５８の他端が接点５２と接するようにリレー５０を切り換える指令を出力する。この指令によってリレー５０が動作し、可動導電板５８が接点５１と接点５２とを接続する方に切り換えられる。接地線１９に異常のない場合には、接点５１と接点５２とが接続されると、図１の矢印に示すように、短絡電流が電圧側車両充電用配線１６から制限抵抗５５を通って短絡線５４、接点５２に流れ、接点５２から接点５１、接地線１９を通って第２接地点４４に流れる。そして、漏電遮断器３４に設けられている電流計が短絡電流を検出し、漏電遮断器３４の遮断器を開として車両充電用配線１５を遮断する。

図２のステップＳ１０２に示すように、制御部６０は、車両充電用配線１５に設けられた電流計５７によって電圧側車両充電用配線１６から短絡線５４に流れる短絡電流を検出する。短絡電流は、リレー５０が短絡線５４側に切り換えられると検出され、漏電遮断器３４によって車両充電用配線１５が遮断されると検出されなくなる。このことから、図２のステップＳ１０３に示すように、制御部６０は、リレー５０の切り換え後、短絡電流が検出され、その後短絡電流が検出されなくなった場合には漏電遮断器３４が正常に動作したものと判断する。また、同時に接地線１９が異常なく第２接地点４４に接続されているものと判断する。

図２のステップＳ１０４に示すように、制御部６０は、漏電遮断器３４が正常に動作し、接地線１９が異常なく第２接地点４４に電気的に接続されていると判断した場合には、リレー５０の接点５１に取り付けられた可動導電板５８の他端が接点５３と接するようにリレー５０を切り換える指令を出力する。この指令によってリレー５０が動作し、可動導電板５８が接点５１と接点５３とを接続する方に切り換えられる。すると、接地線１９はリレー５０を通って車体１０に接続され、電圧側車両充電用配線１６から車体１０にリークが発生した場合でも車体１０に流れた漏電電流を異常のない接地線１９から第２接地点４４に流すことができ、車体１０に交流電位が発生することを防止することができるようになる。

図２のステップＳ１０５に示すように、制御部６０は、充電を開始する指令を出力する。この指令によって、充電器１１がオンとなり、充電器１１は、電圧側車両充電用配線１６と接地側車両充電用配線１７によって充電器１１の電圧端１２と接地端１３とに供給された交流電力を直流電力に変換して二次電池１４の充電を開始する。

一方、接地線１９に異常のある場合には、リレー５０が動作し、可動導電板５８が接点５１と接点５２とを接続する方に切り換えられ接点５１と接点５２とが接続されても、短絡電流が電圧側車両充電用配線１６から制限抵抗５５を通って短絡線５４、接点５２に流れず、漏電遮断器３４が動作しない。また、電流計５７も短絡電流を検出しない。このことから、図２のステップＳ１０３に示すように、制御部６０は、リレー５０の切り換え後、短絡電流が検出されない場合には接地線１９に異常があり、接点５１は第２接地点４４に接続されていないものと判断する。

制御部６０は、図２のステップＳ１０６に示すように、リレー５０の接点５１に取り付けられた可動導電板５８の他端が接点５３と接するようにリレーを切り換える指令を出力する。この指令によってリレー５０が動作し、接点５１と接点５２との接続が開放される。そして、図２のステップＳ１０７に示すように、制御部６０は、充電動作を停止する。

以上説明したように、本実施形態では、リレー５０を介して電圧側車両充電用配線１６に、車体１０から外部電源の第１接地点２４と異なる第２接地点４４に接続された接地線１９を接続し、短絡電流を車体１０に流すことなく接地線１９に流し、接地線１９の異常の有無を確認することができるので、車体１０から外部電源の第１接地点２４と異なる第２接地点４４に接続された接地線１９の異常の有無を容易に判断することができるという効果を奏する。また、接地線１９の異常の確認と共に漏電遮断器３４の動作確認もできることから充電の際のリークにより車体１０に交流電位が発生することを効果的に抑制することができるという効果を奏する。

以上説明した実施形態では、制御部６０は車両充電用配線１５に設けた電流計５７によって短絡電流を検出するものとして説明したが、漏電遮断器３４に設けられている電流計を制御部６０に接続するようにして短絡電流の検出を行うこととしても良い。

本発明の実施形態における電動車両の充電装置の構成を示す系統図である。 本発明の実施形態における電動車両の充電装置の動作を示すフローチャートである。 従来技術により電動車両の二次電池を充電する際の系統構成を示す系統図である。

符号の説明

１０ 車体、１１ 充電器、１２ 電圧端、１３ 接地端、１４ 二次電池、１５ 車両充電用配線、１６ 電圧側車両充電用配線、１７ 接地側車両充電用配線、１８ 車体接地線、１９，２３，４３ 接地線、２１ 柱上トランス、２２ 中性点、２４ 第１接地点、２５ａ，２５ｂ 電圧端、２６ 中性端、２７，２８，２９，４１，４２ ケーブル、３１ 建屋、３２ 引き込み口、３３，３４ 漏電遮断器、３５ 本体、３６ テストライン、３７ テストスイッチ、３８，５５ 制限抵抗、４４ 第２接地点、５０ リレー、５１，５２，５３ 接点、５４ 短絡線、５６ 車体接続線、５７ 電流計、５８ 可動導電板、６０ 制御部、７０ 充電装置、１００ 電動車両。

Claims (2)

1. 中性点が第１接地点に接地されている外部電源に漏電遮断器を介して接続され、電動車両に搭載した二次電池を充電する電動車両の充電装置であって、
   電動車両に搭載された充電器と、
   外部電源の電圧端と中性端と、充電器の電圧端と接地端とをそれぞれ電気的に接続する車両充電用配線と、
   電動車両に搭載され、一端が外部電源の第１接地点と異なる第２接地点に電気的に接続された接地線と、一端が電動車両の車体に接続された車体接続線と、一端が制限抵抗を介して漏電遮断器と充電器との間の電圧側車両充電用配線に接続された短絡線とが接続され、接地線を車体接続線側と短絡線側との間で切り換えるリレーと、
   リレーの切り換えを行う制御部と、を備え、
   制御部は、
   充電開始前にリレーを短絡線側に切り換えて、漏電遮断器から短絡線を介して接地線に電流を流し、漏電遮断器の動作と接地線の接地を確認する接地確認手段を有すること、
   を特徴とする電動車両の充電装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の充電装置であって、
   制御部は、
   接地確認手段の後、リレーを車体接続線側に切り換えて、車体接続線と接地線とを接続した後充電を開始する充電開始手段を有すること、
   を特徴とする電動車両の充電装置。

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