(57)【要約】【課題】充電時と放電時の双方で適正な過電流検出を行う。【解決手段】判定部12が充電電流の計測値と比較する第１のしきい値Vf1と、放電電流の計測値と比較する第２のしきい値Vf2とを互いに異なる値に設定している。故に、充電時と放電時の双方で適正な過電流検出を行うことができる。また、充電電流に対する第１のしきい値Vf1を、放電電流に対する第２のしきい値VF2よりも高い(大きい)値に設定しているため、充電時間の短縮と放電時間の延長並びに放電時における車載電池40の劣化の抑制を図ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から車両に搭載される蓄電池に供給される充電電流の大きさを計測する充電電流計測部と、前記蓄電池から前記車両外の負荷に放電される放電電流の大きさを計測する放電電流計測部と、前記充電電流計測部が計測する充電電流計測値を第１のしきい値と比較し、且つ前記放電電流計測部が計測する放電電流計測値を第２のしきい値と比較し、前記充電電流計測値が前記第１のしきい値を超えたとき、並びに前記放電電流が前記第２のしきい値を超えたときに異常有りと判定する判定部とを備え、前記第１のしきい値と前記第２のしきい値とが互いに異なる値に設定されることを特徴とする過電流検出装置。
【請求項２】
前記第１のしきい値が前記第２のしきい値よりも高い値に設定されることを特徴とする請求項１記載の過電流検出装置。
【請求項３】
前記充電電流及び前記放電電流が流れる電路を遮断する遮断部を備え、前記遮断部は、前記判定部が異常有りと判定したときに前記電路を遮断することを特徴とする請求項１又は２記載の過電流検出装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記充電電流計測値を前記第１のしきい値と比較して異常の有無を判定する第１判定部と、前記放電電流計測値を前記第２のしきい値と比較して異常の有無を判定する第２判定部とからなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の過電流検出装置。
【請求項５】
前記蓄電池の充電時に前記充電電流計測部に充電電流を流して前記放電電流計測部に充電電流を流さず、且つ前記蓄電池からの放電時に前記放電電流計測部に放電電流を流して前記充電電流計測部に放電電流を流さないようにする電流抑制部を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の過電流検出装置。
【請求項６】
前記電流抑制部は、前記充電電流計測部に直列接続される第１整流素子と、前記放電電流計測部に直列接続される第２整流素子とからなり、前記充電電流計測部と前記第１整流素子の直列回路と前記放電電流計測部と前記第２整流素子の直列回路とが並列に接続されることを特徴とする請求項５記載の過電流検出装置。
【請求項７】
前記電流抑制部は、前記充電電流計測部に直列接続される第１スイッチと、前記放電電流計測部に直列接続される第２スイッチとからなり、前記充電電流計測部と前記第１スイッチの直列回路と前記放電電流計測部と前記第２スイッチの直列回路とが並列に接続されることを特徴とする請求項５記載の過電流検出装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の過電流検出装置と、前記充電電流及び前記放電電流を調整する充放電制御装置とを有することを特徴とする充放電システム。
【請求項９】
請求項１〜７の何れかに記載の過電流検出装置と、１次側が前記電源に接続される主幹開閉器と、前記主幹開閉器の２次側に接続される１乃至複数の分岐開閉器とを有することを特徴とする分電盤。
【請求項１０】
請求項１〜７の何れかに記載の過電流検出装置と、前記充電電流及び前記放電電流を流すケーブルとを備えることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項１１】
請求項１〜７の何れかに記載の過電流検出装置と、前記充電電流及び前記放電電流を流すケーブルと、前記過電流検出装置を収納する筐体とを備えることを特徴とする車両用充放電装置。
【請求項１２】
請求項１〜７の何れかに記載の過電流検出装置を備えて前記車両に搭載されることを特徴とする車両用電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池の充電と蓄電池から負荷への放電における過電流を検出する過電流検出装置、及び当該過電流検出装置を用いた充放電システム、分電盤、充電制御装置、車両用充放電装置、車両用電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車(プラグインハイブリッド車を含む。以下、同じ。)を充電するために、交流の電力系統と電気自動車を充電コネクタを介して接続して電気自動車を充電する充電装置が用いられている(例えば、特許文献１記載の制御ボックス参照）。特許文献１記載の充電装置は、漏電の発生を検出して電路を遮断する機能(漏電遮断機能)を有している。また、充電コネクタの故障(短絡故障)などが原因で過大な電流が流れた場合にも電路を遮断する機能(過電流遮断機能)を充電装置に設けることがある。具体的には、充電電流の検出値を所定のしきい値と比較し、検出値がしきい値を超えたときにリレー接点を開極して電路を遮断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１００５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、電気自動車に搭載されている蓄電池(車載電池)の電力を取り出して住宅内の負荷(電気製品等)に供給する、いわゆるV2H(Vehicle-to-Home)が実用化されている。この場合、充電時には、充電時間を短縮するために相対的に大きな電流を流す必要があるのに対して、放電時には、充電時ほど大きな電流を流す必要は無い。したがって、過電流検出用のしきい値が正常な充電電流の検出値よりも大きな値に設定されていると、放電時に適切な過電流保護が達成できない場合がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、充電時と放電時の双方で適正な過電流検出を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の過電流検出装置は、電源から車両に搭載される蓄電池に供給される充電電流の大きさを計測する充電電流計測部と、前記蓄電池から前記車両外の負荷に放電される放電電流の大きさを計測する放電電流計測部と、前記充電電流計測部が計測する充電電流計測値を第１のしきい値と比較し、且つ前記放電電流計測部が計測する放電電流計測値を第２のしきい値と比較し、前記充電電流計測値が前記第１のしきい値を超えたとき、並びに前記放電電流が前記第２のしきい値を超えたときに異常有りと判定する判定部とを備え、前記第１のしきい値と前記第２のしきい値とが互いに異なる値に設定されることを特徴とする。
【０００７】
この過電流検出装置において、前記第１のしきい値が前記第２のしきい値よりも高い値に設定されることが好ましい。
【０００８】
この過電流検出装置において、前記充電電流及び前記放電電流が流れる電路を遮断する遮断部を備え、前記遮断部は、前記判定部が異常有りと判定したときに前記電路を遮断することが好ましい。
【０００９】
この過電流検出装置において、前記判定部は、前記充電電流計測値を前記第１のしきい値と比較して異常の有無を判定する第１判定部と、前記放電電流計測値を前記第２のしきい値と比較して異常の有無を判定する第２判定部とからなることが好ましい。
【００１０】
この過電流検出装置において、前記蓄電池の充電時に前記充電電流計測部に充電電流を流して前記放電電流計測部に充電電流を流さず、且つ前記蓄電池からの放電時に前記放電電流計測部に放電電流を流して前記充電電流計測部に放電電流を流さないようにする電流抑制部を備えることが好ましい。
【００１１】
この過電流検出装置において、前記電流抑制部は、前記充電電流計測部に直列接続される第１整流素子と、前記放電電流計測部に直列接続される第２整流素子とからなり、前記充電電流計測部と前記第１整流素子の直列回路と前記放電電流計測部と前記第２整流素子の直列回路とが並列に接続されることが好ましい。
【００１２】
この過電流検出装置において、前記電流抑制部は、前記充電電流計測部に直列接続される第１スイッチと、前記放電電流計測部に直列接続される第２スイッチとからなり、前記充電電流計測部と前記第１スイッチの直列回路と前記放電電流計測部と前記第２スイッチの直列回路とが並列に接続されることが好ましい。
【００１３】
本発明の充放電システムは、前記何れかの過電流検出装置と、前記充電電流及び前記放電電流を調整する充放電制御装置とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の分電盤は、前記何れかの過電流検出装置と、１次側が前記電源に接続される主幹開閉器と、前記主幹開閉器の２次側に接続される１乃至複数の分岐開閉器とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の充電制御装置は、前記何れかの過電流検出装置と、前記充電電流及び前記放電電流を流すケーブルとを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の車両用充放電装置は、前記何れかの過電流検出装置と、前記充電電流及び前記放電電流を流すケーブルと、前記過電流検出装置を収納する筐体とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の車両用電気機器は、前記何れかの過電流検出装置を備えて前記車両に搭載されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の過電流検出装置、及び当該過電流検出装置を用いた充放電システム、分電盤、充電制御装置、車両用充放電装置、車両用電気機器は、充電電流に対する第１のしきい値と、放電電流に対する第２のしきい値とを互いに異なる値に設定しているので、充電時と放電時の双方で適正な過電流検出を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上における判定部の回路構成図である。
【図３】本発明の別の実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る過電流検出装置及び充放電システムの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では蓄電池を搭載する車両として電気自動車を例示するが、車両は電気自動車以外の車両であっても構わない。
【００２１】
本実施形態の充放電システムは、コネクタ１と、ケーブル２と、充放電制御装置３とを有する。充放電制御装置３は、分電盤(例えば、住宅用分電盤)６を介して商用の電力系統５に接続されるとともに、分電盤６を介して負荷(例えば、住宅内の電気機器など)７に接続され、さらに、ケーブル２とコネクタ１を介して電気自動車４に接続される。
【００２２】
電気自動車４は、推進動力用の蓄電池(車載電池)40、コネクタ１が挿抜自在に接続されるインレット(図示せず)、車載電池40の充電並びに車載電池40の放電を行う充放電器41などを備える。充放電器41は、充放電制御装置３から供給される交流電力で車載電池40を充電し且つ車載電池40から放電される直流電力を交流電力に変換して充放電制御装置３へ出力するものであって、例えば、双方向型のAC/DCコンバータからなる。
【００２３】
充放電制御装置３は、電力変換部30、漏電遮断装置31などを有する。電力変換部30は、例えば、絶縁トランスや双方向の絶縁型AC/ACコンバータからなり、電力系統側(電力変換部30からみて分電盤６側)と非電力系統側(電力変換部30から見て電気自動車４側)を絶縁し且つ双方向に交流電力を供給する。
【００２４】
漏電遮断装置31は、電力変換部30の非電力系統側の一方の端子から出力される電流と、電力変換部30の非電力系統側の他方の端子に戻る電流とを比較し、その差が所定のしきい値を超えた場合に漏電が生じていると判断して電路を遮断する。
【００２５】
ケーブル２は、電流(充電電流及び放電電流)が流れる一対の給電線20，21と、図示しない接地線とが絶縁性のシースで被覆された多心の電気ケーブルからなる。ケーブル２の一端は充放電制御装置３(漏電遮断装置31)に接続され、ケーブル２の他端にコネクタ１が設けられている。コネクタ１は、電気自動車４のインレット(レセプタクルコネクタ)に挿抜自在に接続されるプラグコネクタである。
【００２６】
コネクタ１は、充電電流計測部10、放電電流計測部11、判定部12、遮断部13、第１スイッチ14、第２スイッチ15などが筐体(図示せず)に収納されて構成されている。なお、充電電流計測部10、放電電流計測部11、判定部12、遮断部13、第１スイッチ14、第２スイッチ15が過電流検出装置を構成している。
【００２７】
充電電流計測部10は、第１スイッチ14を介して片側の給電路(給電線20と導通する電路)に挿入され、放電電流計測部11は、第２スイッチ15を介して充電電流計測部10と並列に前記給電路に挿入される。充電電流計測部10及び放電電流計測部11は共通の回路構成を有しており、例えば、給電路に挿入された検出抵抗の両端電圧(絶対値)を計測するか、あるいは、電流センサを利用して給電路に流れる電流の大きさ(絶対値)を直接計測する。そして、充電電流計測部10及び放電電流計測部11は、それぞれの計測値に対応した直流電圧信号を判定部12に出力する。
【００２８】
第１スイッチ14と第２スイッチ15は、例えば、筐体に設けられる操作部材(図示せず)を操作してオン・オフが切り換えられるように構成されている。つまり、操作部材が放電位置から充電位置に操作されると第１スイッチ14がオンして第２スイッチ15がオフし、操作部材が充電位置から放電位置に操作されると第１スイッチ14がオフして第２スイッチ15がオンする。ただし、充放電制御装置３が遠隔操作で第１スイッチ14と第２スイッチ15を切り換えるようにしても構わない。
【００２９】
遮断部13は、２つの給電路に挿入された一対の接点からなり、接点を開極することで給電路を遮断するように構成されている。
【００３０】
判定部12は、例えば、図２に示すように２つのコンパレータ120，121と、各コンパレータ120，121の出力の論理和を演算するオアゲート122と、オアゲート122の出力に応じて遮断部13を駆動する駆動回路123とで構成される。一方のコンパレータ120は、充電電流計測値(直流電圧信号レベル)と第１のしきい値Vf1を比較し、充電電流計測値が第１のしきい値Vf1未満のときは出力をローレベルとし、充電電流計測値が第１のしきい値Vf1以上のときは出力をハイレベルとする。他方のコンパレータ121は、放電電流計測値(直流電圧信号レベル)と第２のしきい値Vf2を比較し、放電電流計測値が第２のしきい値Vf2未満のときは出力をローレベルとし、放電電流計測値が第２のしきい値Vf2以上のときは出力をハイレベルとする。すなわち、本実施形態ではコンパレータ120が第１判定部に相当し、コンパレータ121が第２判定部に相当する。ただし、各コンパレータ120，121の＋入力端子に積分器を接続し、積分器で積分した後の直流電圧信号レベルを第１又は第２のしきい値Vf1，Vf2と比較することが望ましい。
【００３１】
オアゲート122は、少なくとも何れか一方のコンパレータ120，121の出力がハイレベルのときに出力をハイレベルとし、両方のコンパレータ120，121の出力がローレベルのときに出力をローレベルとする。駆動回路123は、オアゲート122の出力がローレベルのときに遮断部13を駆動して一対の接点を閉極し、オアゲート122の出力がハイレベルのときに遮断部13の駆動を停止して一対の接点を開極するように構成されている。
【００３２】
次に、本実施形態の動作を説明する。
【００３３】
まず、電気自動車４を充電する場合について説明する。電気自動車４を充電する場合、電力系統５から供給される交流電力が電力変換部30からケーブル２及びコネクタ１を介して電気自動車４に供給され、電気自動車４に搭載されている充放電器41によって車載電池40が充電される。このとき、第１スイッチ14がオンとなり、且つ第２スイッチ15がオフとなっているので、充電電流計測部10が充電電流の大きさに応じた直流電圧信号(充電電流計測値)を出力し、放電電流計測部11の直流電圧信号(放電電流計測値)が常時ゼロボルトとなる。
【００３４】
電気自動車４の充電中に過大な電流が継続して流れると、判定部12のコンパレータ120の出力がローレベルからハイレベルに立ち上がる。そして、オアゲート122の出力もローレベルからハイレベルに立ち上がるので、駆動回路が遮断部13の駆動を停止して接点を開極する。その結果、遮断部13が給電路を遮断して電気自動車４への充電電流の供給を停止する。
【００３５】
一方、電気自動車４から放電する場合、車載電池40から放電される直流電力が充放電器41で交流電力に変換され、コネクタ１及びケーブル２を介して電力変換部30に入力され、電力変換部30で電力変換された後に分電盤６を介して負荷７に供給される。このとき、第１スイッチ14がオフとなり、且つ第２スイッチ15がオンとなっているので、充電電流計測部10の直流電圧信号(充電電流計測値)が常時ゼロボルトとなり、放電電流計測部11が放電電流の大きさに応じた直流電圧信号(放電電流計測値)を出力する。
【００３６】
電気自動車４の放電中に過大な電流が継続して流れると、判定部12のコンパレータ121の出力がローレベルからハイレベルに立ち上がる。そして、オアゲート122の出力もローレベルからハイレベルに立ち上がるので、駆動回路が遮断部13の駆動を停止して接点を開極する。その結果、遮断部13が給電路を遮断して電気自動車４からの放電電流の供給を停止する。
【００３７】
ところで、充電電流は、車載電池40の充電時間を短縮するために相対的に大きな電流であることが望ましい。これに対して放電電流は、負荷７への給電時間を延長するために充電電流よりも小さな電流であることが望ましい。したがって、本実施形態における判定部12では、充電電流に対する第１のしきい値Vf1を、放電電流に対する第２のしきい値VF2よりも高い(大きい)値に設定されている。
【００３８】
上述のように判定部12が充電電流の計測値と比較する第１のしきい値Vf1と、放電電流の計測値と比較する第２のしきい値Vf2とを互いに異なる値に設定しているので、充電時と放電時の双方で適正な過電流検出を行うことができる。また、充電電流に対する第１のしきい値Vf1を、放電電流に対する第２のしきい値VF2よりも高い(大きい)値に設定しているため、充電時間の短縮と放電時間の延長並びに放電時における車載電池40の劣化の抑制を図ることができる。
【００３９】
ところで、本実施形態は、充放電制御装置３と電気自動車４との間で交流電力を送受する構成を例示したが、充放電制御装置３と電気自動車４との間で直流電力を送受する構成としても構わない。つまり、充放電制御装置３の電力変換部30を双方向のＡＣ／ＤＣコンバータで構成し、電気自動車４の充放電器41が電力変換部30から出力される直流電力で車載電池40を充電し、且つ車載電池40から放電する直流電力を充放電制御装置３へ出力すればよい。この場合、第１スイッチ14及び第２スイッチ15の代わりに整流素子(ダイオード)を用いることができる(図３参照)。
【００４０】
また、本実施形態では過電流検出装置をコネクタ１の筐体に収納した場合を例示したが、コネクタ１の筐体ではなく、ケーブル２の途中に設けられた筐体に過電流検出装置を収納しても構わない。あるいは、過電流検出装置を主幹開閉器や分岐開閉器とともに分電盤６のボックスに収納しても構わないし、充放電制御装置３に備えるようにしても構わない。若しくは、過電流検出装置を電気自動車４に搭載しても構わない。
【符号の説明】
【００４１】
１  コネクタ(過電流検出装置)
２  ケーブル
３  充放電制御装置
４  電気自動車
５  電力系統(電源)
６  分電盤
７  負荷
10  充電電流計測部
11  放電電流計測部
12  判定部
【図１】
2014207766.tif 000003
【図２】
2014207766.tif 000004
【図３】
2014207766.tif 000005