WO2010113927A1 - 電動車両用充電器および地絡検出方法 - Google Patents

電動車両用充電器および地絡検出方法 Download PDF

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charger
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博臣 舩越
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東京電力株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to ground fault detection of an electric vehicle charger, and in particular, during the rapid charging of an electric vehicle, the ground fault detection device on the electric vehicle charger side and electric
  • the present invention relates to a technology that can quickly detect both occurrences of electric leakage in a vehicle.
  • Patent Literature 1 discloses a leakage detection system that functions as such a capacitor-type insulation monitoring device.
  • a leakage detection system a series circuit consisting of a capacitor, a current transformer, and an AC power source that cuts off direct current is provided between the charging line on one pole side and the vehicle body. An alternating current flowing from the power source through the capacitor and the charging line is detected by the leakage current detector via the current transformer.
  • a charging system described in Patent Document 2 is known as a charging system that controls charging of an on-vehicle battery of an electric vehicle.
  • the control device of the electric vehicle sequentially determines a charging reference value corresponding to the charging status of the in-vehicle battery based on a predetermined charging pattern, and notifies the charger of the charging reference value. To do.
  • a charger controls output electric energy based on the charge reference value received from the electric vehicle.
  • the charging cable of the charger includes a charging line for supplying power to the on-vehicle battery of the electric vehicle, A communication line for communicating with the control device of the electric vehicle is accommodated.
  • the charging line on the charger side and the communication line are respectively connected to the electric vehicle side. Are connected to the power line and communication line.
  • a filtering process by a fast Fourier transform is performed in order to distinguish a minute alternating current and noise that flow when a leakage occurs.
  • fast Fourier transform In order to identify AC current and noise that flows when leakage occurs by fast Fourier transform, it is necessary to sample data over a certain amount of time, and accordingly, it takes time to detect AC current that flows when leakage occurs.
  • a ground fault is monitored on the quick charger side during the rapid charging of the in-vehicle battery of the electric vehicle. It is designed to be blocked. It is desired that the occurrence of electric leakage on the electric vehicle side be detected more quickly during the rapid charging of the on-vehicle battery of the electric vehicle.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to quickly detect both the occurrence of a ground fault in an electric vehicle charger and the occurrence of electric leakage in an electric vehicle during charging of the electric vehicle.
  • An object of the present invention is to provide an electric vehicle charger.
  • a resistor having an equal resistance value is inserted between each charging line on the positive electrode side and the negative electrode side and the ground (ground), and charging is being performed.
  • an existing communication ground wire that connects the negative electrode of the power supply of the controller for the electric vehicle charger to the vehicle body ground is grounded.
  • the negative electrode of the first power source that supplies power to the control device is connected to the vehicle body ground of the electric vehicle by a communication ground wire, and the electric vehicle and the control device are connected to each other.
  • An electric vehicle charger for realizing data communication A positive electrode side and a negative electrode side charging line for supplying power to the in-vehicle battery of the electric vehicle;
  • a series circuit composed of two resistors having the same resistance value, inserted between the positive and negative charging lines;
  • a first grounding wire connecting the grounding position defined between the two resistors to the ground;
  • a second ground wire connecting the communication ground wire to the ground;
  • Detecting means for detecting a current flowing in the first ground line, or a voltage between the ground position and the ground,
  • the controller is Based on the detection value of the detection means, the occurrence of a ground fault in the charging line on either the positive electrode side or the negative electrode side and the occurrence of electric leakage in the electric vehicle are detected.
  • the negative electrode of the first power source that supplies power to the control device is connected to the vehicle body ground of the electric vehicle by a communication ground wire, and the electric vehicle and the control device are connected to each other.
  • An electric vehicle charger for realizing data communication A positive electrode side and a negative electrode side charging line for supplying power to the in-vehicle battery of the electric vehicle;
  • a series circuit composed of two resistors having the same resistance value, inserted between the positive and negative charging lines;
  • a first grounding wire connecting the grounding position defined between the two resistors to the ground;
  • a second ground wire connecting the communication ground wire to the ground;
  • Detection means for detecting a current flowing through the first ground line or a voltage between the ground position and the ground;
  • a controller for detecting a ground fault occurrence in the charging line on either the positive electrode side or the negative electrode side and a leakage occurrence in the electric vehicle based on a detection value of the detection means.
  • Such an electric vehicle charger is provided with a circuit breaker that interrupts at least one of the positive electrode side and the negative electrode side charging line, and the control device detects the occurrence of the ground fault or the electric leakage, the positive electrode side
  • the circuit breaker may be instructed to interrupt at least one of the negative-side charging line.
  • the electric vehicle charger is provided with a second power source insulated from the ground, and the control device is supplied with power from the first power source to perform data communication with the electric vehicle.
  • the electric vehicle charger can more quickly detect both the occurrence of ground fault in the electric vehicle charger and the occurrence of electric leakage in the electric vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a charger for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a diagram showing a flow of a ground fault current when a ground fault occurs in the negative electrode side charging line of the electric vehicle charger in FIG. 1
  • FIG. 2 is a diagram showing a flow of a ground fault current when a ground fault occurs in the positive electrode side charging line of the electric vehicle charger.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a flow of a leakage current when a leakage occurs in the negative electrode side charging line of the electric vehicle during the rapid charging by the electric vehicle charger in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a schematic configuration of a charger for an electric vehicle with a countermeasure against surge according to another embodiment of the present invention.
  • the configuration of the electric vehicle charger according to the present embodiment will be described.
  • an explanation will be given by taking as an example a quick charger that is installed in a charging stand or the like and rapidly charges an on-vehicle battery of an electric vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electric vehicle charger 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 1 shows an example in which the contact connector 101 of the electric vehicle charger 100 is attached to the contact connector 201 on the electric vehicle 200 side.
  • the electric vehicle charger 100 includes a control device 104, a control system power supply 108, an electric leakage breaker (ELB) 105, an AC / DC converter 103, a charging cable 106, a contact connector 101,
  • ELB electric leakage breaker
  • the control device 104 controls the entire electric vehicle charger 100.
  • the control system power supply 108 supplies 12V power to the control device 104.
  • the earth leakage breaker (ELB) 105 is connected to a lead-in cable for an AC power supply (for example, 200 V) 300, and the AC / DC converter 103 converts the AC current supplied from the AC power supply 300 via the earth leakage breaker 105 to the DC current I. Convert to 1 .
  • the configuration of the earth leakage circuit breaker 105 that disconnects both the positive electrode side and negative electrode side outputs (positive electrode side and negative electrode side charging lines 103A and 103B) of the AC power source 300 from the AC power source 300 is illustrated.
  • the device 105 may be configured to disconnect one of the positive electrode side and negative electrode side charging lines 103 ⁇ / b> A and 103 ⁇ / b> B from the AC power supply 300.
  • the charging cable 106 accommodates the positive and negative charging lines 103 ⁇ / b> A and 103 ⁇ / b> B from the AC / DC converter 103.
  • the contact connector 101 is provided at the tip of the charging cable 106.
  • the charging cable 106 further accommodates the communication line 107 from the control apparatus 104 and the communication ground line 110.
  • the communication ground wire 110 is for connecting the negative electrode of the control system power supply 108 to the vehicle body ground 203.
  • the vehicle body ground 203 is connected to a negative electrode of a control system power source 208 that supplies a 12V power source to the control device 204 of the electric vehicle 200.
  • the positive and negative charging lines 103A and 103B of the electric vehicle charger 100 are Not only the positive and negative charge lines 206A and 206B on the electric vehicle 200 side, but also the terminal of the communication line 107 and the terminal of the communication line 207 on the electric vehicle 200, and the charger for the electric vehicle. 100 terminals of the communication ground line 110 and terminals of the communication ground line 205 on the electric vehicle 200 side are respectively connected.
  • the electric vehicle charger 100 also monitors for a ground fault in the positive and negative charging lines 103A and 103B during the rapid charging of the in-vehicle battery 202 of the electric vehicle 200, as well as leakage in the electric vehicle 200. It has the structure for doing. Specifically, the grounding wire 109 that connects the communication grounding wire 110 to the ground (ground) 400 on the electric vehicle charger 100 side, the occurrence of ground faults in the positive and negative charging lines 103A and 103B, and the electric vehicle And a ground fault detection device 102 that detects both occurrences of electric leakage in 200.
  • the ground fault detection device 102 includes a series circuit 1021 composed of two resistors 1021A and 1021B having the same resistance value inserted between the positive-side charging line 103A and the negative-side charging line 103B, and between the resistors 1021A and 1021B.
  • a suitable position for example, a position where resistance is equally divided into two, hereinafter referred to as a ground connection point
  • 1021C to the ground (ground) 400
  • Current detector 1022 such as a current transformer (DC CT) that sequentially outputs and a controller 1024 to which a measured value of the current detector 1022 is input.
  • DC CT current transformer
  • resistors 1021A and 1021B having the same resistance value are inserted between the positive side charging line 103A and the ground 400 and between the negative side charging line 103B and the ground 400, respectively, to the in-vehicle battery 202 of the electric vehicle 200.
  • the current detector 1022 causes the ground fault current (the DC current between the positive charging line 103A and the ground 400, the DC current between the negative charging line 103B and the ground 400, via the resistors 1021A and 1021B.
  • DC current is measured sequentially, and the controller 1024 monitors the variation of the measured value. Going on.
  • the two resistors 1021A and 1021B that suppress the abnormal current that flows when a ground fault occurs.
  • the resistance values of the resistors 1021A and 1021B become too large, the current detection time becomes long. Therefore, when determining the resistance values of the resistors 1021A and 1021B, it is necessary to consider the performance of the current detector 1022 to be used. . For these reasons, for example, in the case of an AC power supply of 200 V, it is preferable to determine the resistance values of the resistors 1021A and 1021B within a range of several tens of k ⁇ to several hundreds of k ⁇ .
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a flow of a ground fault current when a ground fault occurs in the negative electrode side charging line 103B of the electric vehicle charger 100
  • FIG. It is a figure which shows the flow of a ground fault electric current when a ground fault generate
  • FIG. 2A only the configuration of the closed circuit portion through which the ground fault current flows is shown, and the other configurations are omitted.
  • the terminals of the positive and negative charging lines 103A and 103B of the electric vehicle charger 100 are connected to the electric vehicle.
  • the DC current I 1 is supplied from the electric vehicle charger 100 to the in-vehicle battery 202 of the electric vehicle 200 by connecting to the terminals of the positive electrode side and negative electrode side charging lines 206A and 206B of the electric vehicle 200 (see FIG. 1), the electric vehicle Rapid charging of 200 in-vehicle batteries 202 starts.
  • the ground connection point 1021C and the ground 400 have the same potential (0 V), and no direct current flows through the ground line 1023. .
  • ground fault current I 2 flowing into the land ⁇ P1 line 103B flows into the ground 400 via the AC-DC converter 103, the positive electrode side charging line 103A, one of the resistors 1021A and the ground line 1023. Therefore, the current detector 1022 detects the ground fault current I 2.
  • ground fault current I 3 flowing into the earth 400 from ⁇ P2 is a ground line 1023 flows to the AC-DC converter 103 via the other resistor 1021B and the negative electrode side charging line 103B. Therefore, the current detector 1022 detects the ground fault current I 3.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a flow of a leakage current when a leakage occurs in the negative electrode side charging line 206 ⁇ / b> B of the electric vehicle 200
  • FIG. 3B is a positive electrode side charging line of the electric vehicle 200. It is a figure which shows the flow of the earth leakage current when the earth leakage occurs in 206A. In these figures, only the configuration of the closed circuit portion through which the leakage current flows is shown, and the other configurations are omitted.
  • the ground fault detection device 102 As described above, while the rapid charging of the in-vehicle battery 202 of the electric vehicle 200 is normally performed, in the ground fault detection device 102, the voltages applied to the two resistors 1021A and 1021B having the same resistance value are balanced. Therefore, no direct current flows through the ground line 1023.
  • the power supply ground of the control device 104 is originally not shared with the ground 400, but in this embodiment, the negative side of the control system power supply 108 that supplies power to the control device 104 is grounded to the ground 400. Since the grounding wire 109 to be provided is shared and the power supply ground of the control device 104 and the earth 400 to which the ground fault detection device 102 is connected are shared, the earth leakage current I 4 generated on the electric vehicle 200 side becomes a ground fault. A route is formed through the ground line 1023 of the detection device 102, the ground line 109 of the control system power supply 108, and the communication ground lines 110 and 205. Therefore, the current detector 1022 of the ground fault sensing device 102 detects the leakage current I 4.
  • the ground wire 109 is provided as described above, and the power ground of the control device 104 and the ground are grounded.
  • the leakage current I 5 generated on the electric vehicle 200 side causes the communication ground lines 110 and 205, the ground line 109 of the control system power supply 108, and the ground fault.
  • a route passing through the ground line 1023 of the detection device 102 is formed. Therefore, the current detector 1022 of the ground fault sensing device 102 detects the earth leakage current I 5.
  • the controller 1024 monitors the measurement values sequentially input from the current detector 1022 during the rapid charging of the in-vehicle battery 202 of the electric vehicle 200, and If the measured value exceeds a predetermined threshold value, it is determined that a ground fault on the electric vehicle charger 100 side or an electric leakage on the electric vehicle 200 side has occurred, and an abnormal signal indicating the occurrence of a ground fault or the like is transmitted to the control device 104. Send to. In response to this, the control device 104 interrupts the circuit under the control of the leakage breaker 105.
  • control device 104 transmits a message notifying the occurrence of a ground fault on the electric vehicle charger 100 side or an electric leakage on the electric vehicle 200 side to the control device 204 of the electric vehicle 200 via the communication lines 107 and 207. To do.
  • the control device 104 may output a report to the administrator or the like from the output device.
  • the current detection of the ground fault detection device 102 is performed. Since the device 1022 detects a current of about 0.1 to several mA, it is possible to immediately detect the occurrence of a ground fault by directly comparing this measured value with a threshold value.
  • an existing communication ground wire 110 for common reference potential between the control device 204 of the electric vehicle 200 and the control device 104 of the electric vehicle charger 100 is grounded by the ground wire 109 on the electric vehicle charger 100 side.
  • the ground fault detection apparatus 102 does not include an element that interferes with the noise removing capacitor of the electric vehicle charger 100, Occurrence of erroneous ground fault detection due to interference can be prevented.
  • the ground fault of electric vehicle charger 100 and the electric leakage of electric vehicle 200 during rapid charging of electric vehicle 200 can be detected more quickly, and the reliability of the detection can be improved. Can do.
  • the DC current between the ground connection point 1021C and the ground 400 is detected by the current detector 1022, but the voltage between the ground connection point 1021C and the ground 400 may be detected by a voltage detector.
  • the ground line 1023 needs to have at least a resistance sufficient to detect a voltage between the ground connection point 1021C and the ground 400.
  • the controller 1024 that determines the occurrence of a ground fault based on the measurement value of the current detector 1022 is provided in the ground fault detection device 102.
  • the control device 104 measures the current detector 1022.
  • the input of a value may be sequentially received, and the occurrence of a ground fault may be determined by comparing the measured value with a threshold value (the same applies below).
  • the communication ground line 110 for common reference potential between the control device 204 of the electric vehicle 200 and the control device 104 of the electric vehicle charger 100 is connected to the ground 400 of the electric vehicle charger 100. Is grounded. For this reason, it may be necessary to consider the influence of a surge or the like on the control device 104 of the electric vehicle charger 100.
  • the configuration of the charger for an electric vehicle provided with a countermeasure against surge will be described focusing on the difference from the charger 100 for the electric vehicle described above.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a schematic configuration of an electric vehicle charger 100A that has been subjected to surge countermeasures.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 are assigned to the same configurations as those of the electric vehicle charger 100 described above.
  • the control device 104A of the electric vehicle charger 100A includes a control system circuit unit 1042 that executes control processing of the entire electric vehicle charger 100A and a communication system that executes data communication processing with the electric vehicle 200.
  • the circuit unit 1041 includes a photocoupler 1043 that connects the data transfer line of the control system circuit unit 1042 and the data transfer line of the communication system circuit unit 1041. That is, in the control device 104A, the control system circuit unit 1042 and the communication system circuit unit 1041 realize mutual data communication in a non-contact (electrically separated) state.
  • the electric vehicle charger 100 ⁇ / b> A further includes another control system power supply 108 ⁇ / b> A floating from the ground 400 independently of the control system power supply 108 in which the negative electrode is connected to both the ground line 109 and the communication ground line 110. ing.
  • the control system power supply 108 supplies 12 V power to the communication system circuit unit 1041, and the control system power supply 108 A supplies 12 V power to the control system circuit unit 1042.
  • Other configurations are the same as those of the electric vehicle charger 100 described above.
  • the control system circuit unit 1042 can be floated from the ground 400 while enabling data communication between the control system circuit unit 1042 and the control device 204 of the electric vehicle 200.
  • the ground fault detection device 102 not only detects the occurrence of a ground fault in the electric vehicle charger 100A during the rapid charging, but also in the electric vehicle 200 during the rapid charging.
  • the occurrence of electric leakage can also be detected using the communication ground wires 110 and 205 and the ground wire 109.
  • the influence of a surge or the like on the control device 104 of the electric vehicle charger 100 can be prevented.
  • the data transfer line of the control system circuit unit 1042 and the data transfer line of the communication system circuit unit 1041 are connected by the photocoupler 1043, but between the control system circuit unit 1042 and the communication system circuit unit 1041. What is necessary is just to be able to realize the data transfer in a non-contact manner and connect the two.
  • the data transfer line of the control system circuit unit 1042 and the data transfer line of the communication system circuit unit 1041 may be connected by a non-contact type relay.
  • the present invention can be widely applied not only to an electric vehicle but also to an electric vehicle having a charging function from an external power source of a mounted battery.
  • SYMBOLS 100,100A Charger for electric vehicles, 101: Contact type connector, 102: Ground fault detection device, 103: AC / DC converter, 103A: Positive side charging line, 103B: Negative side charging line, 104, 04A: Control Device: 105: Earth leakage breaker (ELB), 106: Charging cable, 107: Communication line, 108: Control system power supply, 108A: Control system power supply, 109: Ground line, 110: Communication ground line, 200: Electric vehicle, 201: contact type connector, 202: vehicle-mounted battery, 203: vehicle body ground, 204: control device, 205: communication ground wire, 206A: positive side charging line, 206B: negative side charging line, 207: communication line, 208 : Control system power supply, 300: AC power supply, 400: ground, 1021A, 1021B: resistance, 1021: series circuit of resistance, 1022: electricity Detector, 1023: ground line, 1024: controller, 1041: communication circuits unit, 10

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Abstract

 【課題】電動車両への急速充電中、電動車両用充電器における地絡発生及び電動車両における漏電発生の双方を迅速に検出可能な電動車両用充電器を提供する。 【解決手段】充電中の電気自動車200とのデータ通信実現のために電気自動車用充電器の制御系電源208の負極を車体アース203につなぐ通信用アース線110が接地線109でアース400に接地されている。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に接続された等抵抗値の抵抗1021A,1021Bの直列回路1021、抵抗1021A,1021B間をアース400へつなぐ接地線1023、及び接地線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、電流検出器1022が出力する実測電流値と閾値との比較により電気自動車用充電器100での地絡発生及び電気自動車での漏電発生を検出する制御器1024を有する。

Description

電動車両用充電器および地絡検出方法
 本発明は、電動車両用充電器の地絡検出に関し、特に、電動車両への急速充電中において、電動車両用充電器側の地絡検出装置によって、電動車両用充電器における地絡発生および電動車両における漏電発生の双方を迅速に検出可能とする技術に関する。
 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。
 一方、電気自動車の車載バッテリの充電制御を行う充電システムとして、特許文献2記載の充電システムが知られている。この充電システムにおいては、車載バッテリの充電中、電気自動車の制御装置が、車載バッテリの充電状況に応じた充電基準値を既定の充電パターンに基づき逐次決定し、この充電基準値を充電器に通知する。そして、充電器は、電気自動車から受け付けた充電基準値に基づき出力電力量を制御する。
 ここで、電気自動車の車載バッテリの充電中における充電器-電気自動車間の通信を実現するため、充電器の充電ケーブル内には、電気自動車の車載バッテリに給電するための充電用ラインの他、電気自動車の制御装置と通信するための通信線が収容されており、この充電ケーブルの先端のコネクタを電気自動車側に装着することにより、充電器側の充電用ラインおよび通信線がそれぞれ電気自動車側の電源線および通信線に接続されるようになっている。
特開2005-20848号公報(図14、図15、図16) 特開2007-336778号公報
 電気自動車に搭載される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。
 ところで、電動車両の車載バッテリを急速充電する急速充電器では、電動車両の車載バッテリへの急速充電中、急速充電器側における地絡監視が行われ、地絡発生の際には、直ちに回路が遮断されるようになっている。そして、電動車両の車載バッテリへの急速充電中は、電動車両側の漏電発生も、より迅速に検出されることが望まれる。
 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、電動車両への充電中に、電動車両用充電器における地絡発生および電動車両における漏電発生の双方を迅速に検出可能な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、本発明では、電動車両用充電器において、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とともに、充電中の電動車両との間のデータ通信の実現のために電動車両用充電器の制御装置の電源の負極を車体アースにつなぐ既存の通信用アース線をアース(大地)に接地する。そして、電動車両の充電中には、電動車両用充電器側において、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、本発明は、電動車両への充電中に、制御装置に電源供給する第一の電源の負極が通信用アース線により前記電動車両の車体アースにつながれて前記電動車両と前記制御装置とのデータ通信を実現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第一の接地線と、
 前記通信用アース線を前記アースにつなぐ第二の接地線と、
 前記第一の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、
 前記制御装置は、
 前記検出手段の検出値に基づき、前記正極側および負極側のいずれかの充電用ラインにおける地絡発生、および前記電動車両における漏電発生を検出する。
 または、本発明は、電動車両への充電中に、制御装置に電源供給する第一の電源の負極が通信用アース線により前記電動車両の車体アースにつながれて前記電動車両と前記制御装置とのデータ通信を実現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第一の接地線と、
 前記通信用アース線を前記アースにつなぐ第二の接地線と、
 前記第一の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、
 前記検出手段の検出値に基づき、前記正極側および負極側のいずれかの充電用ラインにおける地絡発生、および前記電動車両における漏電発生を検出する制御器と、を備える。
 このような電動車両用充電器に、前記正極側および負極側充電用ラインの少なくとも一方を遮断する遮断器を設け、前記制御装置が、前記地絡または前記漏電の発生を検出すると、前記正極側および負極側充電用ラインの少なくとも一方の遮断を前記遮断器に指示するようにしてもよい。
 また、このような電動車両用充電器に、前記アースから絶縁された第二の電源を設け、前記制御装置が、前記第一の電源から電源供給され、前記電動車両との間のデータ通信を実行する通信系回路部と、前記第二の電源から電源供給され、当該電動車両用充電器の制御処理を実行する制御系回路部と、前記制御系回路部および前記通信系回路部間のデータ転送を非接触で行う中継手段と、を備えてもよい。
 本発明によれば、電動車両への充電中、電動車両用充電器において、電動車両用充電器における地絡発生および電動車両における漏電発生の双方をより迅速に検出することができる。
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、図1において、電気自動車用充電器の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、図1において、電気自動車用充電器の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。 図3(A)は、図1において、電気自動車用充電器による急速充電中に、電気自動車の負極側充電用ラインで漏電が発生した場合の漏電電流の流れを示す図であり、図3(B)は、図1において、電気自動車用充電器による急速充電中に、電気自動車の正極側充電用ラインで漏電が発生した場合の漏電電流の流れを示す図である。 図4は、本発明の他の実施形態に係る、サージ対策が施された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。
 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、制御装置104と、制御系電源108と、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、を有する。
 制御装置104は、電気自動車用充電器100全体を制御する。制御系電源108は、制御装置104に12V電源を供給する。漏電遮断器(ELB)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I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が、漏電遮断器105は、正極側および負極側充電用ライン103A,103Bのいずれか一方を交流電源300から引き外すものであってもよい。充電ケーブル106は、交直変換部103からの正極側および負極側充電用ライン103A,103Bを収容する。そして、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。
 なお、急速充電中において、電気自動車200の制御装置204との通信を実現するため、充電ケーブル106は、さらに、制御装置104からの通信線107と、通信用アース線110と、を収容する。通信用アース線110は、制御系電源108の負極を車体アース203に接続するためのものである。車体アース203には、電気自動車200の制御装置204に12V電源を供給する制御系電源208の負極が接続されている。
 このため、電気自動車用充電器100の接触式コネクタ101と電気自動車200側の接触式コネクタ201とを連結することによって、電気自動車用充電器100の正極側および負極側充電用ライン103A,103Bと電気自動車200側の正極側および負極側充電用ライン206A,206Bだけでなく、電気自動車用充電器100の通信線107の端子と電気自動車200側の通信線207の端子、および電気自動車用充電器100の通信用アース線110の端子と電気自動車200側の通信用アース線205の端子がそれぞれ接続される。
 さらに、この電気自動車用充電器100は、電気自動車200の車載バッテリ202への急速充電中に、正極側および負極側充電用ライン103A,103Bにおける地絡発生の他、電気自動車200における漏電も監視するための構成を有している。具体的には、通信用アース線110を電気自動車用充電器100側のアース(大地)400につなぐ接地線109と、正極側および負極側充電用ライン103A,103Bにおける地絡発生、および電気自動車200における漏電発生の双方を検出する地絡検出装置102と、を有する。
 ここで、地絡検出装置102は、正極側充電用ライン103Aおよび負極側充電用ライン103B間に挿入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(DC CT)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、を有している。
 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,1021Bを介した地絡電流(正極側充電用ライン103A-アース400間の直流電流、負極側充電用ライン103B-アース400間の直流電流、電気自動車200側の正極側充電用ライン206A-車体アース203(=アース400)間の直流電流、および、電気自動車200側の負極側充電用ライン206B-車体アース203(=アース400)間の直流電流)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の場合には、数十kΩ~数百kΩの範囲で抵抗1021A,1021Bの抵抗値を決定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による電気自動車200の車載バッテリ202への急速充電中における地絡および漏電の発生の検出原理について説明する。ここでは、まず、電気自動車用充電器100側における地絡の検出について説明してから、ついで、電気自動車200側における漏電の検出について説明する。
 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。
 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に装着することによって、電気自動車用充電器100の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の正極側および負極側充電用ライン206A,206Bの端子にそれぞれ接続し、電気自動車用充電器100から電気自動車200の車載バッテリ202に直流電流Iを給電すると(図1参照)、電気自動車200の車載バッテリ202の急速充電が開始する。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、電気自動車用充電器100の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を検知する。
 一方、図2(B)に示すように、電気自動車用充電器100の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を検知する。
 図3(A)は、電気自動車200の負極側充電用ライン206Bで漏電が発生した場合の漏電電流の流れを示す図であり、図3(B)は、電気自動車200の正極側充電用ライン206Aで漏電が発生した場合の漏電電流の流れを示す図である。なお、これらの図には、漏電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。
 前述したように、電気自動車200の車載バッテリ202の急速充電が正常に行われている間、地絡検出装置102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、接地線1023に直流電流は流れない。
 ここで、図3(A)に示すように、電気自動車200の負極側充電用ライン206Bの任意の位置(漏電点)P3で漏電が発生すると、車体アース203から負極側充電用ライン206Bの漏電点P3に流れ込む漏電電流Iは、正極側充電用ライン206A、電気自動車用充電器100の正極側充電用ライン103A、地絡検出装置102の一方の抵抗1021Aおよび接地線1023を介してアース400に流れ込み、さらに、制御系電源108の接地線109と通信用アース線110,205とを介して車体アース203に戻る。すなわち、本来、制御装置104の電源グラウンドはアース400と共用されていないものであるところ、本実施の形態においては、制御装置104に電源を供給する制御系電源108の負極側をアース400に接地する接地線109を設けて、制御装置104の電源グラウンドと、地絡検出装置102が接続されたアース400とを共用化したことにより、電気自動車200側で発生した漏電電流Iが、地絡検出装置102の接地線1023、制御系電源108の接地線109および通信用アース線110,205を経由するルートが形成される。このため、地絡検出装置102の電流検出器1022は、この漏電電流Iを検知する。
 一方、図3(B)に示すように、電気自動車200の正極側充電用ライン206Aの任意の位置(漏電点)P4で漏電が発生すると、正極側充電用ライン206Aの漏電点P4から車体アース203に流れ込んだ漏電電流Iは、通信用アース線205,110と制御系電源108の接地線109とを介して電気自動車用充電器100のアース400に流れ込み、さらに、地絡検出装置102の他方の抵抗1021Bおよび電気自動車用充電器100の負極側充電用ライン103Bを介して車体アース203に戻る。すなわち、本来、制御装置104の電源グラウンドはアース400と共用されていないものであるところ、本実施の形態においては、上述したように接地線109を設けて、制御装置104の電源グラウンドと、地絡検出装置102が接続されたアース400とを共用化したことにより、電気自動車200側で発生した漏電電流Iが、通信用アース線110,205、制御系電源108の接地線109および地絡検出装置102の接地線1023を経由するルートが形成される。このため、地絡検出装置102の電流検出器1022は、この漏電電流I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、電気自動車用充電器100の正極側および負極側のいずれかの充電用ライン103A,103Bにおける地絡発生だけでなく、電気自動車200の正極側および負極側のいずれかの充電用ライン206A,206Bにおける漏電発生も、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、本実施の形態において、電気自動車用充電器100において、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、電気自動車用充電器100側の地絡または電気自動車200側の漏電が発生したと判断して、地絡等の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。また、制御装置104は、電気自動車用充電器100側の地絡または電気自動車200側の漏電の発生を通知するメッセージを、通信線107,207を介して、電気自動車200の制御装置204に送信する。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、制御装置104が、管理者等への通報を出力装置から出力す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、電気自動車200の急速充電中において、電気自動車用充電器100側における地絡発生時には、地絡検出装置102の電流検出器1022が0.1~数mA程度の電流を検出するため、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。また、電気自動車200の制御装置204と電気自動車用充電器100の制御装置104との基準電位共通化のための既存の通信用アース線110を接地線109で電気自動車用充電器100側のアース400に接地したことにより、電気自動車200側で発生した異常電流I,Iが、地絡検出装置102の電流検出器1022を介して電気自動車200側に戻るループが形成されるため、急速充電中の電気自動車200における漏電発生も、地絡検出装置102の電流検出器1022の実測値と閾値との比較により直ちに検出することができる。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、電気自動車用充電器100の地絡および電気自動車200の漏電を検出して回路を遮断することができる。これにより、回路遮断までに要する時間をより短縮できる。
 また、電気自動車用充電器100の正極側および負極側充電用ライン103A,103Bに、交直変換部103内部で発生したノイズをアース400にバイパスさせるためのノイズ除去用コンデンサを設けた場合、仮に従来のコンデンサ型の絶縁監視装置を電気自動車用充電器100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、漏電が誤検知される可能性がある。しかし、本実施の形態に係る地絡検出装置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の他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200の急速充電中における電気自動車用充電器100の地絡および電気自動車200の漏電をより迅速に検出でき、かつその検出の信頼性を向上させることができる。
 また、電気自動車200の急速充電中、電気自動車用充電器100の正極側および負極側充電用ライン103A,103Bにおける地絡発生だけでなく、電気自動車200の正極側および負極側充電用ライン206A,206Bにおける漏電発生も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(以下においても同様)。
 ところで、本実施の形態では、電気自動車200の制御装置204と電気自動車用充電器100の制御装置104との基準電位共通化のための通信用アース線110が電気自動車用充電器100のアース400に接地されている。このため、電気自動車用充電器100の制御装置104へのサージ等の影響を考慮する必要が生じるケースがある。以下、サージ対策が施された電気自動車用充電器の構成について、前述の電気自動車用充電器100との相違を中心に説明する。
 図4は、サージ対策を施した電気自動車用充電器100Aの概略構成を説明するための図である。なお、図4において、前述の電気自動車用充電器100と同様の構成については、図1と同じ符号が付してある。
 図示するように、電気自動車用充電器100Aの制御装置104Aは、電気自動車用充電器100A全体の制御処理を実行する制御系回路部1042と、電気自動車200とのデータ通信処理を実行する通信系回路部1041と、制御系回路部1042のデータ転送線および通信系回路部1041のデータ転送線をつなぐフォトカプラ1043と、を有する。すなわち、制御装置104A内部において、制御系回路部1042と通信系回路部1041とが、相互のデータ通信を非接触(電気的に分離された状態)で実現している。
 電気自動車用充電器100Aは、接地線109および通信用アース線110の双方に負極がつながれた前述の制御系電源108とは独立して、アース400から浮いた別の制御系電源108Aをさらに備えている。そして、前述の制御系電源108は通信系回路部1041に12V電源を供給し、制御系電源108Aは制御系回路部1042に12V電源を供給している。その他の構成は、前述の電気自動車用充電器100と同様である。
 このような構成によれば、制御系回路部1042と電気自動車200の制御装置204との間のデータ通信を可能としつつ、制御系回路部1042をアース400から浮かすことができる。このため、前述の電気自動車用充電器100と同様、地絡検出装置102は、急速充電中の電気自動車用充電器100Aにおける地絡発生を検知するだけでなく、急速充電中の電気自動車200における漏電発生も、通信用アース線110,205および接地線109を利用して検知できる。これに加えて、電気自動車用充電器100の制御装置104へのサージ等の影響を防止することができる。
 なお、ここでは、制御系回路部1042のデータ転送線と通信系回路部1041のデータ転送線と間をフォトカプラ1043でつないでいるが、制御系回路部1042と通信系回路部1041との間のデータ転送を非接触で実現できるもので両者をつなぐものであればよい。例えば、制御系回路部1042のデータ転送線と通信系回路部1041のデータ転送線と間を非接触型のリレーでつないでもよい。
 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。
 電動車両への急速充電中において、電動車両用充電器側の地絡検出装置によって、電動車両用充電器における地絡発生および電動車両における漏電発生の双方を迅速に検出可能とする技術のひとつとして適用可能である。
100,100A: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、04A:制御装置、105:漏電遮断器(ELB)、106:充電ケーブル、107:通信線、108:制御系電源、108A:制御系電源、109:接地線、110:通信用アース線、200:電気自動車、201:接触式コネクタ、202:車載バッテリ、203:車体アース、204:制御装置、205:通信用アース線、206A:正極側充電用ライン、206B:負極側充電用ライン、207:通信線、208:制御系電源、300:交流電源、400:アース、1021A,1021B:抵抗、1021:抵抗の直列回路、1022:電流検出器、1023:接地線、1024:制御器、1041:通信系回路部、1042:制御系回路部、1043:フォトカプラ

Claims (6)

  1.  電動車両への充電中に、制御装置に電源供給する第一の電源の負極が通信用アース線により前記電動車両の車体アースにつながれて前記電動車両と前記制御装置とのデータ通信を実現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第一の接地線と、
     前記通信用アース線を前記アースにつなぐ第二の接地線と、
     前記第一の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、
     前記制御装置は、
     前記検出手段の検出値に基づき、前記正極側および負極側のいずれかの充電用ラインにおける地絡発生、および前記電動車両における漏電発生を検出する
     ことを特徴とする電動車両用充電器。
  2.  電動車両への充電中に、制御装置に電源供給する第一の電源の負極が通信用アース線により前記電動車両の車体アースにつながれて前記電動車両と前記制御装置とのデータ通信を実現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第一の接地線と、
     前記通信用アース線を前記アースにつなぐ第二の接地線と、
     前記第一の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、
     前記検出手段の検出値に基づき、前記正極側および負極側のいずれかの充電用ラインにおける地絡発生、および前記電動車両における漏電発生を検出する制御器と、を備える
     ことを特徴とする電動車両用充電器。
  3.  請求項1に記載の電動車両用充電器であって、
     前記正極側および負極側充電用ラインの少なくとも一方を遮断する遮断器をさらに備え、
     前記制御装置は、
     前記地絡または前記漏電が発生した場合に、前記正極側および負極側充電用ラインの少なくとも一方の遮断を前記遮断器に指示する
     ことを特徴とする電動車両用充電器。
  4.  請求項2に記載の電動車両用充電器であって、
     前記正極側および負極側充電用ラインの少なくとも一方を遮断する遮断器をさらに備え、
     前記制御装置は、
     前記地絡または前記漏電が発生した場合に、前記正極側および負極側充電用ラインの少なくとも一方の遮断を前記遮断器に指示する
     ことを特徴とする電動車両用充電器。
  5.  請求項1ないし4のいずれか1項に記載の電動車両用充電器であって、
     前記アースから絶縁された第二の電源をさらに備え、
     前記制御装置は、
     前記第一の電源から電源供給され、前記電動車両との間のデータ通信を実行する通信系回路部と、
     前記第二の電源から電源供給され、当該電動車両用充電器の制御処理を実行する制御系回路部と、
     前記制御系回路部および前記通信系回路部間のデータ転送を非接触で行う中継装置と、を備える
     ことを特徴とする電動車両用充電器。
  6.  電動車両への充電中に、制御装置に電源供給する電源の負極が通信用アース線により前記電動車両の車体アースにつながれて前記電動車両と前記制御装置とのデータ通信を実現する電動車両用充電器において、前記電動車両へ給電するための正極側および負極側充電用ラインにおける地絡の発生と、前記電動車両側における漏電の発生と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し、前記2つの抵抗間に定めた接地位置を第一の接地線でアースにつなぐとともに、前記通信用アース線を第二の接地線で前記アースにつなぎ、かつ前記第一の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ておき、
     前記制御装置または前記制御装置とは別に前記電動車両用充電器に設けられた制御器が、前記電動車両への充電中に、前記検出手段により逐次検出された前記第一の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測定値に基づき前記地絡および前記漏電の発生を検出する
     ことを特徴とする地絡検出方法。
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