| 【発明の名称】 |
電気自動車用充電装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】石川 哲浩
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| 【要約】 |
【課題】電気自動車の充電に際して、漏電遮断器の動作を確認する。
【解決手段】電気自動車１００と外部交流電源のコンセント１４間に漏電遮断器１１を設ける。漏電遮断器１１には、漏電を検出するためのホールセンサ９、検出回路１３、漏電リレー１０が設けられると共に、充電に先立って充電回路を強制的に短絡させるための漏電テストリレー７及び漏電抵抗８を設ける。充電時には漏電テストリレー７を閉状態として強制的に短絡させ、漏電リレー１０が遮断するかどうかを確認し、遮断リレー１０が遮断したことを確認した後に充電リレー６を閉状態として充電を開始する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バッテリと、該バッテリに接続されたインバータと、該インバータに接続された交流モータとを備える電気自動車の該バッテリを外部電源を用いて充電するための充電装置であって、前記電気自動車と前記外部電源とを接続する充電リレーと、前記充電リレーと前記外部電源間に設けられる漏電遮断器と、前記充電リレーの開閉を制御する制御手段と、を有し、前記漏電遮断器は、充電回路の短絡を検出する検出器と、前記検出器で短絡が検出された場合に充電回路を遮断する漏電リレーと、前記充電リレーの閉動作に先だって充電回路を強制的に短絡させる短絡手段と、を有し、前記制御手段は、前記短絡手段により充電回路を短絡させても前記漏電リレーが遮断しない場合には、前記充電リレーの閉動作を禁止することを特徴とする電気自動車用充電装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気自動車用充電装置、特に外部電源を用いて電気自動車のバッテリを充電する際の漏電防止機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、バッテリとインバータと交流モータを備える電気自動車が知られており、例えば特開平４−２７５００２号公報等にはバッテリの端子間電圧が低下した場合に外部交流電源を用いてバッテリを充電する技術が提案されている。充電の基本的な動作は、外部交流電源を電気自動車側のコネクタを介してインバータに接続し、インバータ内のスイッチングトランジスタを開閉制御して外部交流出力を直流に整流し、バッテリに直流出力を供給することで充電するものである。
【０００３】ここで、バッテリを充電する際には、充電装置の高圧系がボデーにリークした場合等を想定し、外部交流電源と電気自動車側コネクタ間に漏電遮断器等を設けてリーク時には充電回路を遮断することが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単に漏電遮断器を設けても、漏電遮断器自体に不具合が生じている場合には漏電が生じているにもかかわらず外部交流電源と電気自動車間の回路が遮断されないことになり、円滑にバッテリの充電を行うことができない問題が生ずる。
【０００５】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、充電に先立って外部交流電源と電気自動車間に設けられた充電遮断器の動作を確認し、漏電遮断器が正常に動作する場合にのみ外部交流電源と電気自動車との接続を行って円滑にバッテリの充電を行うことができる電気自動車用充電装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、バッテリと、該バッテリに接続されたインバータと、該インバータに接続された交流モータとを備える電気自動車の該バッテリを外部電源を用いて充電するための充電装置であって、前記電気自動車と前記外部電源とを接続する充電リレーと、前記充電リレーと前記外部電源間に設けられる漏電遮断器と、前記充電リレーの開閉を制御する制御手段とを有し、前記漏電遮断器は、充電回路の短絡を検出する検出器と、前記検出器で短絡が検出された場合に充電回路を遮断する漏電リレーと、前記充電リレーの閉動作に先だって充電回路を強制的に短絡させる短絡手段とを有し、前記制御手段は、前記短絡手段により充電回路を短絡させても前記漏電リレーが遮断しない場合には、前記充電リレーの閉動作を禁止することを特徴とする。
【０００７】充電動作に先だって充電回路を強制的に短絡させても漏電リレーが遮断せず、充電回路を遮断できない場合には、漏電遮断器が正常に機能していないので、充電を禁止することで円滑な充電が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【０００９】図１には、本実施形態の回路構成図が示されている。電気自動車（車両）１００は、主バッテリ２、インバータ３、誘導モータ４、充電リレー６、電子制御装置ＥＣＵ１及び充電用コネクタ１２を有している。
【００１０】主バッテリ３は、電気自動車１００に電気エネルギーを供給するもので、主バッテリ２にはインバータ３が接続され、直流出力をインバータ３に供給する。
【００１１】インバータ３は、複数のスイッチングトランジスタ及びコンデンサを含んで構成され、各スイッチングトランジスタの開閉により直流出力を三相の交流出力に変換して出力する。インバータ３には誘導モータ４が接続されており、三相交流を誘導モータ４に供給する。なお、インバータ３内のスイッチングトランジスタの開閉タイミングはＥＣＵ１が制御する。
【００１２】誘導モータ４は、駆動輪に接続され、供給された三相交流により回転駆動される。なお、制動時には誘導モータ４は発電機としても機能し、機械エネルギを電気エネルギに変換して回生電力を主バッテリに戻す。
【００１３】充電リレー６は、充電時に閉状態となって外部電源とインバータ３とを接続するリレーであり、その開閉はＥＣＵ１で制御される。
【００１４】一方、充電回路系は、外部電源に接続されるコンセント１４と、漏電遮断器１１を含んで構成されており、外部電源はコネクタ１２を介して電気自動車１００の充電リレー６に接続（より詳細には、三相外部交流電源のｕ線及びｖ線が充電リレー６に接続され、ｗ線が接地される）。
【００１５】漏電遮断器１１は、外部電源と電気自動車１００の充電リレー６間に設けられており、ホール素子９（ホールセンサ）、漏電リレー１０及び検出回路１３を含んでいる。ホール素子９は、充電回路の短絡時に電圧信号を出力し、検出回路１３はホール素子９からの電圧信号に基づいて漏電リレー１０を閉状態から開状態として充電回路を遮断する。
【００１６】また、漏電遮断器１１は充電リレー６の閉動作に先立って充電回路を強制的に短絡させる漏電テストリレー７及び漏電抵抗８からなる短絡回路を含んでいる。具体的には、漏電テストリレー７の一端が三相交流電源のｕ線、ｖ線、ｗ線のうちのｖ線に接続され、遮断テストリレー７の他端が漏電抵抗８に接続され、漏電抵抗８の他端が三相交流電源のｕ線に接続されており、漏電抵抗８がホール素子９をまたぐように接続されている。
【００１７】なお、電気自動車（車両）１００内には、三相交流電源のｕ線とｖ線間の電圧を検出する電圧センサ５が設けられており、検出された電圧ＶａｃはＥＣＵ１に供給される。ＥＣＵ１は、このＶａｃを監視し、漏電遮断器１１が正常に動作するか否かを判定する。
【００１８】本実施形態の回路構成は以上のようであり、以下フローチャートを用いてその動作、特にＥＣＵ１と短絡回路の動作を詳細に説明する。
【００１９】図２には、本実施形態の動作フローチャートが示されている。電気自動車１００が充電モードに移行（例えば、ユーザが充電スイッチをＯＮ）した場合、まず漏電リレー１０を閉制御し（Ｓ１０１）、コンセント１４と車両１００側のコネクタ１２を接続する。次に、電圧センサ５でｕ線とｖ線間の電圧Ｖａｃを検出し（Ｓ１０２）、ＥＣＵ１に供給する。ＥＣＵ１は、所定のＶａｃ値を確認した後、制御信号ＲＡを漏電遮断器１１内の漏電テストリレー７に供給する（Ｓ１０３）。
【００２０】漏電テストリレー７に制御信号ＲＡが供給されると、漏電テストリレー７は開状態から閉状態に移行し、三相交流電源のｕ線とｖ線を強制的に短絡する。すると、ホール素子９、遮断リレー１０及び検出回路１３からなる漏電遮断回路が正常に機能する場合には、この短絡を検出して漏電リレー１０を閉状態から開状態に移行させ、充電回路を遮断する。この結果、ｕ線とｖ線間の電圧Ｖａｃは０となる。一方、漏電遮断回路が正常に機能しない場合、例えばホール素子９の不具合や検出回路１３の故障等により、ｕ線とｖ線が短絡状態にあるにもかかわらず漏電リレー１０が閉状態のまま維持された場合には、ｕ線とｖ線間の電圧Ｖａｃは所定電圧のまま維持される。すなわち、漏電遮断器１１が正常に機能する場合にはＶａｃは所定電圧から０Ｖとなり、正常に機能しない場合にはＶａｃは所定電圧のままとなる。
【００２１】そこで、ＥＣＵ１は制御信号ＲＡを遮断テストリレー７に出力した後、Ｖａｃが０Ｖとなるか否かを判定する（Ｓ１０４）。そして、Ｖａｃが０Ｖとなった場合には、漏電遮断器１１が正常に動作していると判定し、ＥＣＵ１は制御信号ＲＡをＯＮからＯＦＦとし（Ｓ１０５）、遮断テストリレー７を閉状態から開状態に移行させてｕ線とｖ線の短絡状態を解除する。その後、漏電リレー１０を開状態から閉状態に移行させて（漏電遮断器１１が正常に動作していれば漏電リレー１０は開状態となっているため）（Ｓ１０６）、充電リレー６を開状態から閉状態とし（Ｓ１０７）、外部交流電源を用いて主バッテリ２の充電制御を行う（Ｓ１０８）。なお、この充電制御は、具体的にはｕ線からの交流出力を誘導モータ４を介してインバータ３に供給すると共に、ｖ線からの交流出力をインバータ３に供給し、インバータ３内のスイッチングトランジスタを開閉制御することで交流出力を直流出力に整流し、主バッテリ２を充電する。主バッテリ２の電圧は常にＥＣＵ１が監視し、所定電圧に達した場合には充電が完了したと判定してインバータ３の駆動を停止する（Ｓ１０９）。
【００２２】図３には、漏電遮断器１１が正常に動作する場合のＶａｃ信号とＲＡ信号のタイミングチャートが示されている。漏電リレー１０を閉制御すると、ｕ線とｖ線から交流出力が供給されるため、Ｖａｃは所定の電圧波形となる。その後、時刻ｔ１においてＥＣＵ１からＲＡ信号を出力（ＲＡ信号をＯＦＦからＯＮとする）すると、漏電遮断器１１が正常に機能すれば短絡状態を検出して漏電リレー１０が閉状態から開状態となり、Ｖａｃは所定電圧から０に移行する。
【００２３】一方、Ｓ１０４にてＶａｃが０Ｖでない場合、すなわち所定電圧のまま維持されている場合には、漏電遮断器１１が正常に機能していないことを意味するから、ＥＣＵ１は制御信号ＲＡをＯＦＦとし（Ｓ１１０）、充電リレー６を閉制御することなく充電を禁止する。この際、ユーザに漏電遮断器１１の異常を報知すべく、運転席等に設けられた異常ランプを点灯させて漏電遮断器１１の故障を知らせる（Ｓ１１１）のが好適である。
【００２４】このように、本実施形態においては充電に先立って漏電遮断器が正常に作動するか否かを確認し、正常に作動しない、すなわち充電回路が短絡しても充電回路を遮断しない場合には充電リレー６を閉状態にせず充電を禁止することで、充電動作を円滑に行うことができる。
【００２５】なお、本実施形態においては主バッテリ２と外部電源がトランスを介して分離されていない、いわゆる非アイソレート型回路構成について説明したが、トランスを介して接続されるいわゆるアイソレート型回路にも同様に適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば外部電源と電気自動車間に設けられる漏電遮断器の機能を自動判定し、漏電遮断器が正常に動作しない場合には一律に充電を禁止することで、充電動作を円滑に行うことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）１月１６日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２０５９０９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−６９８１ |
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