JP5273787B2 - 自動車用充電システムのアース線の断線検出回路 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車（ＥＶ）への充電時に使用される自動車用充電システムのアース線が断線していないか否かを簡便に検出できるアース線の断線検出回路に関するものである。

電気自動車（ＥＶ）への充電は、分電盤と自動車側の受電コネクタとの間を自動車用充電ケーブル（特許文献１）により接続して行われる。この充電ケーブル、充電ケーブルが接続されている充電ボックス及び電気自動車は人が触れるものであるため、人体を保護するために人が触れる部分のアースを確保する必要がある。このため充電ケーブルにはアース線が組み込まれ分電盤のアース端子を介して地面に接地されている。また充電ケーブルにはアース線のほかに、第１の電源線と第２の電源線とが組み込まれている。さらにこのほか、通信線が組み込まれている。

充電ケーブルを自動車側の受電コネクタに接続するとアース線は車のボディと導通する構造となっており、またアース線の他端は分電盤のアース端子を介して接地されている。このため人が車に触れた状態で万一漏電が起こっても、人体はアース線によって保護されることとなる。

また、充電ケーブルの途中（自動車の受電コネクタに近い部分）には漏電検出部を内蔵した保護装置（ＣＣＩＤ）が設置されており、その内部には給電リレーが収納されている。充電時には自動車側から通信線とアース線に信号を流し、給電リレーを動作させて充電の開始や終了を制御している。この制御を確実に行うために、自動車から保護装置の間は充電中に絶えず通信をしており通信が正常に行われない場合には、アース線の断線が1つの要因として考えられるため異常を検出することが可能である。しかし充電ケーブルのうち保護装置と分電盤との間の区間には通信線が設けられていない。このためこの区間については、自動車からアース線の断線を検出することができず、もしその区間でアース線が断線した場合には感電事故につながる危険性がある。

なお、アース線の断線を検出する方法としては、アース線にパルス信号を一定間隔で発信することによって断線の有無を確認する方法（特許文献１）も考えられる。しかしこの方法は接地環境に依存するため、接地抵抗を測定して調整を行う必要があり、専門家による作業が必要であるうえに複雑で高コストの検出機器が必要となるという問題がある。
特開平８−２９３３７４号公報

従って本発明の目的は、自動車用充電システムに組み込まれているアース線の断線を、通信線を用いることなく簡便に検出できる低コストの断線検出回路を提供することである。また本発明の他の目的は、１００Ｖ充電時にも２００Ｖ充電時にも共用できるアース線の断線検出回路を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、第１の電源線と第２の電源線とアース線とを含む自動車用充電システムのアース線の断線検出回路であって、アース線と第１の電源線との線間電圧を検出する第１の検出回路と、アース線と第２の電源線との線間電圧を検出する第２の検出回路とを備え、これらの検出回路は分圧抵抗を備え、かつそれぞれの分圧抵抗と電源線との間にダイオードを介在させ、第１の検出回路と、第２の検出回路の電圧がともにゼロとなったときに、アース線の断線により電流が流れなくなったと判定することを特徴とするものである。なおこの断線検出回路は、充電ケーブルの途中、あるいは充電ボックスの内部に組み込むことができる。

本発明の自動車用充電システムのアース線の断線検出回路によれば、給電電圧が異なる場合にも検出点に同じ電位差が現れるので、１００Ｖ充電時にも２００Ｖ充電時にもアース線の断線を簡便かつ正確に検出することができる。しかもそれぞれの分圧抵抗と電源線との間にダイオードを介在させたことにより、アース線の断線時にライン電圧が検出回路に回りこむことを防止することができる。本発明の回路は小型かつ安価であるから、自動車用充電ケーブルの内部に組み込むことができ、アース線の断線に伴う感電事故の防止に効果的である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１において、１は分電盤、２はこの分電盤１の二次側に接続された充電ボックス、３は自動車用充電ケーブル、４は電気自動車である。充電時には自動車用充電ケーブル３の先端は電気自動車４の受電コネクタ５に接続される。この自動車用充電ケーブル３の途中には保護装置６が取り付けられている。この保護装置６の内部には、漏電検出部７と接点８の開閉制御部９とが収納されている。自動車用充電システムとは前記分電盤１から充電ボックス２を経由して自動車用充電ケーブル３にて電気自動車４に至るまでの一連の充電システムを意味するものである。

この開閉制御部９に電気自動車４から開閉信号を送るために、自動車用充電ケーブル３の保護装置６よりも先端側には通信線１０が組み込まれている。また自動車用充電ケーブル３の内部には、第１の電源線１１と第２の電源線１２とアース線１３とが組み込まれている。なお１００Ｖ充電の場合には、第１の電源線１１と第２の電源線１２とは分電盤１の二次側のＬ１相とＮ相に接続され、２００Ｖ充電の場合には、第１の電源線１１と第２の電源線１２とは分電盤１の二次側のＬ１相とＬ２相に接続される。このほか、保護装置６の内部には本発明に係る断線検出回路１４と断線判定回路１５とが収納されている。以下にその詳細を、図２を参照しつつ説明する。

図２に示すように、本発明に係る断線検出回路１４は、第１の検出回路１６と第２の検出回路１７とを備えている。第１の検出回路１６は、第１の電源線１１とアース線１３との間に、ダイオード１８、第１分圧抵抗１９、第２分圧抵抗２０を直列に接続したものである。また第２の検出回路１７は、第２の電源線１２とアース線１３との間に、ダイオード２１、第３分圧抵抗２２、第４分圧抵抗２３を直列に接続したものである。双方の検出回路１６、１７はアース線１３に並列接続されている。なおダイオード１８とダイオード２１は、図２に示すように同一方向とする。そして各分圧抵抗の中間点を検出点Ａ、Ｂとし、これらの点において検出された電圧（アース線１３との電位差）を断線判定回路１５に出力している。

なお、この実施形態では１００Ｖ充電の場合と２００Ｖ充電の場合とでは第２の電源線１２の相が変わることとなるが、第１分圧抵抗１９、第２分圧抵抗２０の抵抗値は、第３分圧抵抗２２、第４分圧抵抗２３の抵抗値と同一としておけばよい。以下にこの回路の作用を説明する。

先ず１００Ｖ充電の場合には、上記したように第１の電源線１１はＬ１相に接続され、第２の電源線１２はＮ相に接続される。この状態においてアース線１３が健全であれば、第１の検出回路１６の両端にはＬ１相の対地電圧である１００Ｖが加わることとなり、検出点Ａでは抵抗の分圧比によって定まる一定電圧（例えば１Ｖ）が検出される。しかしアース線１３が断線している場合にはダイオード１８とダイオード２１との作用によって第１の検出回路１６には電流が流れず、従って検出点ＡではゼロＶが検出される。このように１００Ｖ充電の場合には、検出点Ａにおける検出電圧が一定電圧であるかゼロであるかによってアース線１３の断線の有無を検出できる。断線判定回路１５が断線と判定した場合には、開閉制御部９が接点８を開いて充電を禁止あるいは停止する。なお、１００Ｖ充電の場合にはＮ相に接続された第２の電源線１２の対地電圧はゼロＶであるから、アース線１３が健全であっても第２の検出回路１７のＢ点における電圧はゼロである。

なお、分電盤内で電源線１１と電源線１２との接続が逆になった場合には、正常時の一定電圧は検出点Ｂに現れ、検出点Ａの電圧がゼロとなる。よって１００Ｖ充電の場合には、検出点Ａ及びＢのいずれの電圧もゼロとなった場合に異常と判定する。また、検出点Ａの断線判定回路１５の素子と検出点Ｂの断線判定回路１５の素子を全く同じ構成とすることができる。

次に２００Ｖ充電の場合には、上記したように第１の電源線１１はＬ１相に接続され、第２の電源線１２はＬ２相に接続される。この状態においてアース線１３が健全であれば、第１の検出回路１６の両端には１００Ｖ充電の場合と同じくＬ１相の対地電圧である１００Ｖが加わることとなり、検出点Ａでは抵抗の分圧比によって定まる一定電圧（例えば１Ｖ）が検出される。また第２の検出回路１７の両端にはＬ２相の対地電圧である１００Ｖが加わることとなり、検出点Ｂでは抵抗の分圧比によって定まる一定電圧が検出される。上記したように第１分圧抵抗１９、第２分圧抵抗２０の抵抗値を第３分圧抵抗２２、第４分圧抵抗２３の抵抗値と同一としておけば、検出点Ｂにおいても例えば１Ｖ）が検出される。

このようにＬ１相の対地電圧とＬ２相の対地電圧とはともに１００Ｖの一定値であるから、アース線１３が健全であれば、検出点Ａでも検出点Ｂでも同一の一定電圧が検出される。またアース線１３が断線している場合には、ダイオード１８とダイオード２１との作用によっていずれの検出回路にも電流が流れないので検出点Ａでも検出点Ｂでも検出電圧は０Ｖとなる。このため、検出点Ａと検出点Ｂの検出電圧によってアース線１３の断線を簡便かつ正確に検出できることとなり、断線判定回路１５が断線と判定した場合には、開閉制御部９が接点８を開いて充電を禁止あるいは停止する。なお断線の判断は、検出点Ａ、Ｂにおける検出電圧がともに０Ｖとなった場合に行えばよい。従って、２００Ｖで給電する場合にも全く同じ断線検出回路１５を使用することが可能となり、充電ボックス２に接続するコネクタの形状をアダプタ等で変換するのみで共通の充電ケーブル３を使用することが可能となる。

なお、ダイオード１８、２１を省略した場合には第１の検出回路１６と第２の検出回路１７、１８との間でライン電圧の回りこみが発生し、上記した本願発明の作用効果を得ることができなくなる。

上記したように、本願発明の検出回路によればアース線１３の断線を簡便かつ正確に検出することができる。しかも１００Ｖ充電の場合にも２００Ｖ充電の場合にも、検出回路の切り替えは不要であり、検出点Ａ、Ｂにおける検出電圧がともに０Ｖとなった場合にアース線１３の断線と判定するという単一の判断基準によって、処理することが可能である。

上記した実施形態では充電ケーブル３の途中に保護装置６が設置され、その内部に検出回路１４を組み込んだものとしたが、保護装置６が充電ボックス２に組み込まれているものとしてもよい。この場合には、本発明のアース線の断線検出回路は充電ボックスから分電盤までの接続線２４の内部に組み込まれた内部のアース線と分電盤のアース端子からグランドへのアース線の断線を検出するものである。すなわち、上記実施形態では、自動車用充電システムとは前記分電盤１から充電ボックス２を経由して保護装置６までの自動車用充電システムのアース線の断線を検出するものである。

なお、図３は参考形態を示すもので、第１の電源線１１と第２の電源線１２とアース線１３とを含む自動車用充電ケーブルのアース線の断線検出回路１６は、アース線と第１の電源線との線間電圧のみを検出するものとしている。この場合には、検出点Ａの電圧がゼロとなった場合に断線があったものと判定する断線判定回路を設ければよい。これによって、非常に簡単な構成でアース線の断線を検出することができるものである。

本発明の好ましい実施形態を示す全体図である。 本発明の要部を示す回路図である。 参考形態の要部を示す回路図である。

符号の説明

１ 分電盤
２ 充電ボックス
３ 自動車用充電ケーブル
４ 電気自動車
５ 受電コネクタ
６ 保護装置
７ 漏電検出部
８ 接点
９ 開閉制御部
１０ 通信線
１１ 第１の電源線
１２ 第２の電源線
１３ アース線
１４ 断線検出回路
１５ 断線判定回路
１６ 第１の検出回路
１７ 第２の検出回路
１８ ダイオード
１９ 第１分圧抵抗
２０ 第２分圧抵抗
２１ ダイオード
２２ 第３分圧抵抗
２３ 第４分圧抵抗
２４ 接続線

Claims (2)

1. 第１の電源線と第２の電源線とアース線とを含む自動車用充電システムのアース線の断線検出回路であって、
   アース線と第１の電源線との線間電圧を検出する第１の検出回路と、アース線と第２の電源線との線間電圧を検出する第２の検出回路とを備え、
   これらの検出回路は分圧抵抗を備え、
   かつそれぞれの分圧抵抗と電源線との間にダイオードを介在させ、
   第１の検出回路と、第２の検出回路の電圧がともにゼロとなったときに、アース線の断線により電流が流れなくなったと判定することを特徴とする自動車用充電システムのアース線の断線検出回路。
2. 断線検出回路が充電ケーブルの途中、あるいは充電ボックスの内部に組み込まれたものであることを特徴とする請求項１に記載の自動車用充電システムのアース線の断線検出回路。

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