JP5443094B2 - 電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電気自動車用急速充電器の充電ケーブルの絶縁試験を行う電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置に関する。
一般に、電気自動車は、走行モータまたは車載補機駆動のための高電圧のバッテリを搭載しており、この高電圧バッテリ回路は対車体的に浮遊状態に保持されている。このような対車体的に浮遊状態に保持された高電圧バッテリ回路の絶縁不良を検出するには、カップリングコンデンサ型交流検出方式の絶縁監視回路が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
これは、高電圧バッテリ回路は直流回路であることから、高電圧バッテリ回路中の所定の一点に電圧検出抵抗及びカップリングコンデンサを順次介して低周波電圧を印加し、高電圧バッテリ回路における絶縁不良による電圧検出抵抗の電圧降下の変動を低周波電圧で検出するものである。
すなわち、カップリングコンデンサにより絶縁監視回路系を直流回路である高電圧バッテリ回路から直流的に分離し、かつ、絶縁監視回路が検出した信号電圧を、浮遊電圧系である直流回路である高電圧バッテリ回路と無関係の通常の対車体電源電圧で作動する制御回路系に出力して検出する。この方式は、安全性が高くかつフォトカプラなどを必要としないために回路構成を簡素化することができるという利点がある。
一方、電気自動車の高電圧バッテリに充電を行う電気自動車用急速充電器側では、電気自動車の車両側でカップリングコンデンサ型交流検出方式の絶縁監視回路が採用されており、これとの干渉を避けるため、電気自動車用急速充電器の出力回路にはこの方式とは別の方式の地絡検出回路が形成されている。
図５は、電気自動車用急速充電器の地絡検出回路の構成図である。図５に示すように、電気自動車用急速充電器１１の地絡検出回路１２は、電気自動車用急速充電器１１の充電ケーブル１３ａ、１３ｂの間に接続された直流電源１４の直流電圧を平滑する平滑コンデンサＣに、直列接続の制限抵抗Ｒ１、Ｒ２を並列接続し、制限抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点に電流計１５を接続して構成されている。
電気自動車用急速充電器１１は、コネクタ１６にて自動車１７の高電圧バッテリ１８に接点１９ａ、１９ｂを介して接続される。制御装置２０は、自動車１７側の図示省略の情報処理装置と通信線２１を介して情報交換を行い、自動車１７の高電圧バッテリ１８が要求する電流値や電圧値などの情報を通信線２１を介して入力する。また、制御装置２０は、電流計２２で測定した直流電源１４の出力電流及び電圧計２３で測定した直流電源の出力電圧を入力し、直流電源１４の出力電流や出力電圧が、自動車１７の高電圧バッテリ１８が要求する電流値や電圧値などを満たすように直流電源１４を制御する。
このような地絡検出回路１２を有した電気自動車用急速充電器１１の充電ケーブル１３ａ、１３ｂにおいて、自動車１７の充電開始前、つまり直流電流出力前に、充電ケーブル１３ａ、１３ｂの短絡（地絡）の健全性を確認するために絶縁試験を行うことは、安全確保上重要なことである。
しかし、絶縁抵抗計を用いたメガー測定で充電ケーブル１３ａ、１３ｂの短絡（地絡）の健全性を確認するために絶縁試験を行う場合には、充電ケーブル１３ａ、１３ｂ間に地絡検出器１２が接続されていることから、地絡検出器１２の制限抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して充電ケーブル１３ａ、１３ｂ間に数ｍＡ程度の電流が流れ、先行技術をそのまま用いると異常と判定されてしまう。
従って、絶縁試験において、短絡電流と地絡検出器１２の制限抵抗Ｒ１、Ｒ２での通電電流とを識別することが必要となる。そのため、電流計２２には測定可能な下限の電流値がｍＡオーダーの感度が必要となる。一方、充電時には、直流電源１４から１００Ａ超の直流電流が流れるため、電流値がｍＡオーダーから１００Ａ超の範囲の広い電流を測定可能な電流計が必要となる。このような広範囲を測定可能な電流計はコストが高くなる。
本発明の目的は、広範囲の測定可能な電流計を用いることなく、充電ケーブルの間に地絡検出回路が形成された電気自動車用急速充電器の充電ケーブルの絶縁試験を行うことができる電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置を提供することである。
請求項１の発明に係わる電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置は、直流電圧を平滑する平滑コンデンサに制限抵抗を並列接続して地絡検出回路が形成された電気自動車用急速充電器の充電ケーブルの絶縁試験を行う電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置において、前記充電ケーブルに電圧を印加して前記平滑コンデンサを充電した後の前記平滑コンデンサの電圧を測定する電圧計と、前記充電ケーブルの絶縁が正常であるときの前記平滑コンデンサの電圧基準信号を予め記憶した電圧基準信号記憶部と、前記電圧計で測定した前記平滑コンデンサの電圧と前記電圧基準信号記憶部に記憶された電圧基準信号とを比較し前記充電ケーブルの絶縁が正常であるか否かを判定する比較判定部とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明に係わる電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置は、請求項１の発明において、前記電圧基準信号は、前記平滑コンデンサの放電開始から所定時間経過後における予め定めた電圧基準値であり、前記比較判定部は、前記平滑コンデンサの放電開始から所定時間経過後の電圧値が前記電圧基準値の許容範囲にあるときは絶縁は正常であると判定することを特徴とする。
請求項３の発明に係わる電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置は、請求項１の発明において、前記電圧基準信号は、前記平滑コンデンサの放電開始から複数の異なる所定時間経過後における予め定められた複数の電圧基準値であり、前記比較判定部は、前記平滑コンデンサの放電開始から所定時間経過後の電圧値が複数の電圧基準値のいずれかの許容範囲にあるときは絶縁は正常であると判定することを特徴とする。
請求項４の発明に係わる電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置は、請求項１の発明において、前記電圧基準信号は、前記充電ケーブルの絶縁が正常のときの前記平滑コンデンサの放電基準電圧波形であり、前記比較判定部は、前記平滑コンデンサの放電開始から所定時間経過後までの前記平滑コンデンサの放電電圧波形と前記平滑コンデンサの放電基準電圧波形との差分の積分値が許容範囲にあるときは絶縁は正常であると判定することを特徴とする。
本発明によれば、充電ケーブルに電圧を印加して平滑コンデンサを充電した後の平滑コンデンサの電圧を測定し、その測定した平滑コンデンサの電圧と、充電ケーブルの絶縁が正常であるときの電圧基準信号とを比較し、充電ケーブルの絶縁が正常であるか否かを判定するので、簡便に充電ケーブルの健全性を判定することができる。また、絶縁試験を行うにあたって、追加部品を必要とすることなく、各部品の機能を増強する必要もないので、コスト高となることがない。
また、電圧基準信号を、平滑コンデンサの放電開始から所定時間経過後における予め定めた電圧基準値とした場合には、絶縁が正常であるか否かの判定は、測定した電圧値と電圧基準値との値の比較で行え、比較判定の処理を簡素化できる。
また、電圧基準信号を、平滑コンデンサの放電開始から複数の異なる所定時間経過後における予め定められた複数の電圧基準値とした場合には、絶縁が正常であるか否かの判定は、測定した電圧値と電圧基準値との値の比較を複数回行うことができるので、絶縁の健全性の信頼度を向上できる。
さらに、電圧基準信号を、充電ケーブルの絶縁が正常のときの平滑コンデンサの放電基準電圧波形とした場合には、絶縁が正常であるか否かの判定は、平滑コンデンサの放電電圧波形と放電基準電圧波形との差分の積分値に基づいて絶縁が正常である否かを判定できるので、より絶縁の健全性の信頼度を向上できる。
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる充電ケーブル絶縁試験装置２４の構成図である。充電ケーブル絶縁試験装置２４は制御装置２０内に形成される。
制御装置２０は、電気自動車用急速充電器１１がコネクタ１６により自動車１７と接続されたとき、自動車１７側の図示省略の情報処理装置と通信線２１を介して情報交換を行い、自動車１７の高電圧バッテリ１８が要求する電流値や電圧値などの情報を通信線２１を介して入力する。すなわち、制御装置２０の入力処理部２５は、自動車１７からの情報や、電流計２２で測定した直流電源１４の出力電流及び電圧計２３で測定した直流電源１４の出力電圧を入力し、入力した情報を入力データ記憶部２６に記憶する。そして、制御装置２０の充電制御部３１は、自動車１７の高電圧バッテリ１８が要求する電流値や電圧値などを満たすように、直流電源１４の出力電流及び出力電圧を制御する。
電気自動車用急速充電器１１の充電ケーブル１３ａ、１３ｂの絶縁試験は、車両側の接点１９ａ、１９ｂを介して高電圧バッテリ１８に接続される前に実施される。まず、充電ケーブル１３ａ、１３ｂに直流電源１４から直流電圧を印加して、平滑コンデンサＣを充電する。そして、平滑コンデンサＣの充電が完了した後に、充電ケーブル絶縁試験装置２４を起動する。
充電ケーブル絶縁試験装置２４の比較判定部２７は、平滑コンデンサＣを充電して所定時間経過後の電圧計２３で測定された電圧を入力データ記憶部２６から入力するとともに、電圧基準信号記憶部２８に記憶された電圧基準信号を入力する。電圧基準信号記憶部２８には、予め充電ケーブル１３ａ、１３ｂの絶縁が正常であるときの平滑コンデンサＣの電圧基準信号が記憶されている。比較判定部２７は、電圧計２３で測定した平滑コンデンサＣの電圧と、電圧基準信号記憶部２８に記憶された電圧基準信号とを比較し、充電ケーブルの絶縁性能が正常であるか否かを判定する。比較判定部２７の判定結果は、出力処理部２９を介して出力装置３０に出力される。
図２は、比較判定部２７での絶縁が正常であるか否かの判定の一例の説明図である。図２中の曲線Ｓｒは充電ケーブル１３ａ、１３ｂの絶縁性能が正常のときの平滑コンデンサＣの放電基準電圧波形、Ｖｒ１は放電基準電圧波形Ｓｒ上の平滑コンデンサＣの放電開始から所定時間Ｔ１の経過後における電圧基準値、曲線Ｓは絶縁試験対象の充電ケーブル１３ａ、１３ｂの平滑コンデンサＣの放電電圧波形、Ｖ１は放電電圧波形Ｓ上の絶縁試験対象の平滑コンデンサＣの放電開始から所定時間Ｔ１の経過後における電圧値である。
電圧基準信号記憶部２８には電圧基準信号として、この電圧基準値Ｖｒ１を予め記憶しておく。
そして、比較判定部２７は、絶縁試験対象の充電ケーブル１３ａ、１３ｂの平滑コンデンサＣを充電した後の電圧計２３で測定された時系列の電圧値のうち、平滑コンデンサＣが放電開始してから所定時間経過Ｔ１後の平滑コンデンサＣの電圧値Ｖ１を入力データ記憶部２６から取り出し、電圧基準信号記憶部２８に予め記憶されている電圧基準値Ｖｒ１と比較する。比較判定部２７は、平滑コンデンサＣの電圧値Ｖ１が電圧基準値Ｖｒ１に対して許容範囲にあるときは、絶縁は正常であると判定する。
これにより、充電ケーブル１３ａ、１３ｂの絶縁が正常であるか否かの判定は、測定した電圧値Ｖ１と電圧基準値Ｖｒ１との値の比較だけで行えるので、比較判定の処理を簡素化できる。
図３は、比較判定部２７での絶縁が正常であるか否かの判定の他の一例の説明図である。この他の一例は、図２に示した一例に対し、複数の電圧基準信号としたものであり、図３では２個の電圧基準信号Ｖｒ２、Ｖｒ３とした場合を示している。
図３中の曲線Ｓｒは充電ケーブル１３ａ、１３ｂの絶縁が正常のときの平滑コンデンサＣの放電基準電圧波形、Ｖｒ２は放電基準電圧波形Ｓｒ上の平滑コンデンサＣの放電開始から所定時間Ｔ２の経過後における電圧基準値、Ｖｒ３は放電基準電圧波形Ｓｒ上の平滑コンデンサＣの放電開始から所定時間Ｔ３の経過後における電圧基準値、曲線Ｓは絶縁試験対象の充電ケーブル１３ａ、１３ｂの平滑コンデンサＣの放電電圧波形、Ｖ２は放電電圧波形Ｓ上の絶縁試験対象の平滑コンデンサＣの放電開始から所定時間Ｔ２の経過後における電圧値、Ｖ３は放電電圧波形Ｓ上の絶縁試験対象の平滑コンデンサＣの放電開始から所定時間Ｔ３の経過後における電圧値である。電圧基準信号記憶部２８には電圧基準信号として、この電圧基準値Ｖｒ２、Ｖｒ３を予め記憶しておく。
そして、比較判定部２７は、絶縁試験対象の充電ケーブル１３ａ、１３ｂの平滑コンデンサＣを充電した後の電圧計２３で測定された時系列の電圧値のうち、平滑コンデンサＣが放電開始してから所定時間経過Ｔ２後の平滑コンデンサＣの電圧値Ｖ２を入力データ記憶部２６から取り出し、電圧基準信号記憶部２８に予め記憶されている電圧基準値Ｖｒ２と比較する。比較判定部２７は、平滑コンデンサＣの電圧値Ｖ２が電圧基準値Ｖｒ２の許容範囲にあるときは、絶縁は正常であると判定する。
平滑コンデンサＣの電圧値Ｖ２が電圧基準値Ｖｒ２の許容範囲にないときは、さらに、平滑コンデンサＣが放電開始してから所定時間経過Ｔ３後の平滑コンデンサＣの電圧値Ｖ３を入力データ記憶部２６から取り出し、電圧基準信号記憶部２８に予め記憶されている電圧基準値Ｖｒ３と比較する。比較判定部２７は、平滑コンデンサＣの電圧値Ｖ３が電圧基準値Ｖｒ３の許容範囲にあるときは、絶縁は正常であると判定し、平滑コンデンサＣの電圧値Ｖ３が電圧基準値Ｖｒ３の許容範囲にないときは、絶縁は正常でないと判断する。
以上の説明では、平滑コンデンサＣの電圧値Ｖ２が最初の電圧基準値Ｖｒ２の許容範囲にあるときは、絶縁は正常であると判定したが、平滑コンデンサＣの電圧値Ｖ２が最初の電圧基準値Ｖｒ２の許容範囲にあり、かつ平滑コンデンサＣの電圧値Ｖ３が最初の電圧基準値Ｖｒ３の許容範囲にあるとき、つまり、双方の電圧基準値Ｖｒ２、Ｖｒ３の許容範囲にあるときに、絶縁は正常であると判定するようにしてもよい。これにより、測定した電圧値Ｖと電圧基準値Ｖｒとの値の比較を複数回行うことができるので、絶縁の健全性の信頼度を向上できる。
図４は、比較判定部２７での絶縁が正常であるか否かの判定の別の他の一例の説明図である。この別の他の一例は、電圧基準信号を、充電ケーブル１３ａ、１３ｂの絶縁が正常のときの平滑コンデンサＣの放電基準電圧波形Ｓｒとしたものである。
図４中の曲線Ｓｒは充電ケーブル１３ａ、１３ｂの絶縁が正常のときの平滑コンデンサＣの放電基準電圧波形、曲線Ｓは絶縁試験対象の充電ケーブル１３ａ、１３ｂの平滑コンデンサＣの放電電圧波形である。電圧基準信号記憶部２８には電圧基準信号として、放電基準電圧波形Ｓｒを予め記憶しておく。
比較判定部２７は、平滑コンデンサＣの放電開始から所定時間経過Ｔ４後までの平滑コンデンサＣの放電電圧波形Ｓと、平滑コンデンサＣの放電基準電圧波形Ｓｒとの各時点における差分積分値を演算し、その差分の積分値Ｉ１が許容範囲にあるときは絶縁は正常であると判定する。
このように、本発明の実施の形態では、平滑コンデンサＣを充電し、充電が完了した平滑コンデンサＣから地絡検出回路１２の制限抵抗Ｒ１、Ｒ２に電流が流れ、制限抵抗Ｒ１、Ｒ２で電力が消費されることを利用する。すなわち、制限抵抗Ｒ１、Ｒ２で電力が消費される場合における平滑コンデンサＣの電圧降下を測定する。
充電完了後の一定電圧の平滑コンデンサＣの電圧が一定時間後にどれだけ下がるかを、短絡がない場合（絶縁劣化がない場合）の電圧降下特性と比較し、充電ケーブル１３ａ、１３ｂの絶縁劣化を判断する。この場合、充電制御の際に使用する電圧計２３で平滑コンデンサＣの電圧降下を測定できるので、新たに絶縁試験のための計測器を設ける必要がなく、コスト高となることがない。
１１…電気自動車用急速充電器、１２…地絡検出回路、１３…充電ケーブル、１４…直流電源、１５…電流計、１６…コネクタ、１７…自動車、１８…高圧バッテリ、１９…接点、２０…制御装置、２１…通信線、２２…電流計、２３…電圧計、２４…充電ケーブル絶縁試験装置、２５…入力処理部、２６…入力データ記憶部、２７…比較判定部、２８…電圧基準信号記憶部、２９…出力処理部、３０…出力装置、３１…充電制御部
Claims (4)
- 直流電圧を平滑する平滑コンデンサに制限抵抗を並列接続して地絡検出回路が形成された電気自動車用急速充電器の充電ケーブルの絶縁試験を行う電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置において、前記充電ケーブルに電圧を印加して前記平滑コンデンサを充電した後の前記平滑コンデンサの電圧を測定する電圧計と、前記充電ケーブルの絶縁が正常であるときの前記平滑コンデンサの電圧基準信号を予め記憶した電圧基準信号記憶部と、前記電圧計で測定した前記平滑コンデンサの電圧と前記電圧基準信号記憶部に記憶された電圧基準信号とを比較し前記充電ケーブルの絶縁が正常であるか否かを判定する比較判定部とを備えたことを特徴とする電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置。
- 前記電圧基準信号は、前記平滑コンデンサの放電開始から所定時間経過後における予め定めた電圧基準値であり、前記比較判定部は、前記平滑コンデンサの放電開始から所定時間経過後の電圧値が前記電圧基準値の許容範囲にあるときは絶縁は正常であると判定することを特徴とする請求項１記載の電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置。
- 前記電圧基準信号は、前記平滑コンデンサの放電開始から複数の異なる所定時間経過後における予め定められた複数の電圧基準値であり、前記比較判定部は、前記平滑コンデンサの放電開始から所定時間経過後の電圧値が複数の電圧基準値のいずれかの許容範囲にあるときは絶縁は正常であると判定することを特徴とする請求項１記載の電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置。
- 前記電圧基準信号は、前記充電ケーブルの絶縁が正常のときの前記平滑コンデンサの放電基準電圧波形であり、前記比較判定部は、前記平滑コンデンサの放電開始から所定時間経過後までの前記平滑コンデンサの放電電圧波形と前記平滑コンデンサの放電基準電圧波形との差分の積分値が許容範囲にあるときは絶縁は正常であると判定することを特徴とする請求項１記載の電気自動車用急速充電器の充電ケーブル絶縁試験装置。
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