(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電回路と、当該充電回路と充電対象とをリレー接点により断接するコンタクタと、当該コンタクタによる断接及び前記充電回路の駆動を制御する制御手段とを有する充電システムにおいて、前記充電回路中の緊急停止異常の発生を検出する緊急停止異常検出手段と、前記充電回路中の電流値が一定値以下であることを検出する低電流検出手段とを備え、さらに前記緊急停止異常検出手段により緊急停止異常が検出されるに伴って前記充電回路の一部または全部を駆動している電源を遮断し前記充電回路中の電流値が減少するようにした第一の切替手段と、前記制御手段によりコンタクタによる接続を切断する切断指令が発せられている場合または前記緊急停止異常検出手段により緊急停止異常が検出されている場合に前記切断指令を保持し、前記低電流検出手段によって前記充電回路中の電流値が一定値以下であることが検出されている場合にのみ保持している前記切断指令を前記コンタクタに伝達するようにした第二の切替手段とを有することを特徴とする充電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の充電システムであって、前記制御手段と独立なハードウェア構成部分を有し、当該ハードウェア構成部分が前記制御手段を介さずに前記第一の切替手段を実現することを特徴とする充電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の充電システムであって、前記第一の切替手段として前記電源と当該電源により駆動される前記充電回路との間にスイッチを備え、前記緊急停止異常検出手段の検出結果を一定の電圧として保持し、当該電圧と前記電源の電圧との偏差もしくは当該偏差により生じる電流によって前記スイッチの切り替えを行うことで前記充電回路に流入する電流を制御するようにしたことを特徴とする充電システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の充電システムであって、前記制御手段と独立なハードウェア構成部分を有し、当該ハードウェア構成部分が前記制御手段による切断指令または接続指令を受け取り、当該指令をもとに前記制御手段を介さず前記第二の切替手段を実現することを特徴とする充電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の充電システムであって、前記第二の切替手段として前記緊急停止異常検出手段による検出結果と前記制御手段による前記コンタクタへの指令との論理演算によって前記保持すべき指令を生成し、当該指令及び前記低電流検出手段による検出結果を論理回路の入力とすることによりコンタクタへ伝達すべき指令を出力として得るようにした充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンタクタによる切断時に充電回路中の電流値が一定値以下となることを保証し、コンタクタの溶着その他の機器損傷を防ぐ機構を備えた充電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両の充電方法には、通常充電及び急速充電の二種類のものがある。このような急速充電が可能な充電システムには、例えば特許文献１に記載のものを挙げることができる。当該充電システムは通常充電用の充電回路と急速充電用の充電回路とを持ち、相互に切り替えが可能な構成となっている。
【０００３】
このような充電回路においては、充電回路側と充電対象となる車両側とにそれぞれリレー接点を有するコンタクタが設けられ、双方のコンタクタを通じて充電回路と車両とを接続する場合がある。
【０００４】
一方、急速充電では車両用のバッテリーを短時間で充電するため、充電回路中には極めて大きな電流が流れる。そのため、コンタクタの接続を切断する際に回路に大きな電流が流れていた場合コンタクタの端子部においてアーク放電が起こり、端子部が溶着してしまうという問題がある。
【０００５】
このような問題を防ぐため、急速充電規格の一例として車両側コンタクタの切断の際に回路中の電流が所定値以下（例えば、○○Ａ以下）であることを確認するように定めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２１３５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、充電回路側のコンタクタについてはこのような規格がないため、充電回路中を大きな電流が流れている状態でコンタクタが切断される可能性がある。このため、コンタクタを適切に保護するためには、充電回路側コンタクタの切断時に充電回路に大きな電流が流れていないことを保証し、端子部の溶着を防げることが望ましい。
【０００８】
また、漏電や地絡などの緊急停止異常が発生したときには通常充電回路への電力供給の停止とコンタクタの切断をほぼ同時に行うが、電力供給の停止のタイミングが遅れた場合にも充電回路中の大電流によりコンタクタが溶着する可能性がある。従って、このような場合にもコンタクタの端子部を保護しながらも迅速に充電を停止できることが望ましい。
【０００９】
本発明は以上のような課題を解決し、コンタクタ及び充電回路の適切な保護を可能にする充電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１１】
すなわち、本発明の充電システムは、充電回路と、当該充電回路と充電対象とをリレー接点により断接するコンタクタと、当該コンタクタによる断接及び前記充電回路の駆動を制御する制御手段とを有する充電システムにおいて、前記充電回路中の緊急停止異常の発生を検出する緊急停止異常検出手段と、前記充電回路中の電流値が一定値以下であることを検出する低電流検出手段とを備え、さらに前記緊急停止異常検出手段により緊急停止異常が検出されるに伴って前記充電回路の一部または全部を駆動している電源を遮断し前記充電回路中の電流値が減少するようにした第一の切替手段と、前記制御手段によりコンタクタによる接続を切断する切断指令が発せられている場合または前記緊急停止異常検出手段により緊急停止異常が検出されている場合には前記切断指令を保持し、前記低電流検出手段によって前記充電回路中の電流値が一定値以下であることが検出されている場合にのみ前記保持している切断指令を前記コンタクタに伝達するようにした第二の切替手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
緊急停止異常とは、漏電・地絡を含む、緊急に充電を停止させる必要が生じるような故障である。前記緊急停止異常検出手段は、単数または複数の箇所・手段で前記緊急停止異常を検出する。
【００１３】
このように構成することにより、前記コンタクタによる切断時に前記充電回路中の電流値が一定値以下となっていることを保証することが可能である。そのため、切断時の大電流により前記コンタクタのリレー接点部が溶着してしまうという従来の不具合を回避し、確実に前記コンタクタを保護することができる。
【００１４】
また、緊急停止異常が検出された際には、前記第二の切替手段と平行して前記第一の切替手段によって前記充電回路中の電源を遮断し前記充電回路中の電流を低下させるため、コンタクタ及び充電回路の両方を適切に保護することができる。
【００１５】
また、緊急停止異常の検出に伴い前記充電回路の電源を迅速に遮断し前記充電回路を適切に保護するためには、前記充電システムは前記制御手段と独立なハードウェア構成部分を有し、当該ハードウェア構成部分が前記制御手段を介さずに前記第一の切替手段を実現することが望ましい。
【００１６】
さらに、このようなハードウェア構成部分を簡易に実現するためには、前記第一の切替手段として前記電源と当該電源により駆動される前記充電回路との間にスイッチを備え、前記緊急停止異常検出手段の検出結果を一定の電圧として保持し、当該電圧と前記電源の電圧との偏差もしくは当該偏差により生じる電流によって前記スイッチの切り替えを行うことで前記充電回路に流入する電流を制御するように構成することが好ましい。
【００１７】
また、前記第二の切替手段を実現するに当たって制御手段の負担を軽減し迅速に前記保持している切断指令または接続指令をコンタクタに伝達するためには、前記充電システムは前記制御手段と独立なハードウェア構成部分を有し、当該ハードウェア構成部分が前記制御手段による切断指令または接続指令を受け取り、当該指令をもとに前記制御手段を介さず前記第二の切替手段を実現することが望ましい。
【００１８】
さらに、このようなハードウェア構成部分を簡易に実現するとともに、コンタクタによる接続時においても緊急停止異常状態で前記充電回路と前記充電対象とが接続されることを防ぐためには、前記第二の切替手段として前記緊急停止異常検出手段による検出結果と前記制御手段による前記コンタクタへの指令との論理演算によって前記保持すべき指令を生成し、当該指令及び前記低電流検出手段による検出結果を論理回路の入力とすることによりコンタクタへ伝達すべき指令を出力として得るように構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の充電システムは以上説明した構成であるから、コンタクタによる切断時に充電回路中の電流値が一定値以下となっていることを保証し、コンタクタのリレー接点部の溶着を確実に防ぐことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る充電システムの全体を表した回路図及びブロック図。
【図２】同充電システムにおいて第一の切替手段を実現するハードウェア構成部分の回路図。
【図３】同充電システムにおいて第二の切替手段を実現するハードウェア構成部分の回路図。
【図４】同充電システムの典型的な動作パターンを模式的に表したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２２】
本実施形態に係る充電システム７は、図１に示されるように、充電回路１と、充電回路１と充電対象との接続端子に取り付けられたコンタクタ２と、充電回路１の駆動及びコンタクタ２による断接を制御する制御手段３と、充電回路１の駆動に用いられる電源４と、充電回路１中に設置された緊急停止異常検出手段１２及び低電流検出手段１７と、第一の切替手段５及び第二の切替手段６とから構成されている。
【００２３】
充電回路１は、直流電力源１１から得られた電流をコンバータ１３により交流に変換し、変圧器１５により適切な電圧に変換した後、全波整流回路１６を用いて再び直流に変換し、当該直流電流を充電対象に送電する一般的な充電回路である。コンバータ１３にはＩＧＢＴ１４（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が含まれており、ゲート端子にかかる電圧により開閉するスイッチの役割を果たしている。
【００２４】
コンタクタ２は、充電回路１と充電対象とのリレー接点による断接を行う機器であって、断接を制御するためのコンタクタ駆動回路１８を有している。
【００２５】
制御手段３は、前記ＩＧＢＴ１４のゲート端子にかかる電圧を制御することによる充電回路１の駆動及びコンタクタ２に対して切断指令または接続指令を発することによるコンタクタ２の断接制御を担当する部分であり、典型的にはＢＭＵ(Battery Management Unit)やＣＰＵ（Central Processing Unit）等が用いられる。
【００２６】
電源４は、図２の充電回路駆動基板２２を通じて少なくとも前記ＩＧＢＴ１４の制御に関する電力を供給している。このため、電源４を遮断することで全てのＩＧＢＴが電流を通さない状態となり、充電回路中の電流値を減少させることが可能である。
【００２７】
緊急停止異常検出手段１２は充電回路１中該当部分の電流値を計測し、一定値以上の電流が計測された場合に緊急停止異常検出信号Ｓ１を発信する。もっとも本発明における緊急停止異常はこのような過電流に限定されるものではなく、また緊急停止異常検出手段１２は複数設けられた緊急停止異常検出器から構成されるものでもよい。その場合にはそれぞれの検出器が発する信号の論理演算によって１の緊急停止異常検出信号Ｓ１を生成する。
【００２８】
低電流検出手段１７は充電回路１中該当部分の電流値を計測し、電流値が一定値以下であることを検出した場合に低電流検出信号Ｓ２を発する。低電流検出手段１７は複数の低電流検出器から構成されてもよく、その場合にはそれぞれの検出器が発する信号の論理演算によって１の低電流検出信号Ｓ２を生成する。
【００２９】
次に、第一の切替手段５及び第二の切替手段６の具体的構成について説明する。第一の切替手段のハードウェア構成部分１０５は、図２の回路構成によって実現されている。以下図２、図３における回路はデジタル回路であり、電圧はＨまたはＬのいずれかの値を取る。トランジスタ２１はスイッチとして用いられており、典型的にはＰＮＰ型トランジスタが用いられる。緊急停止異常検出信号Ｓ１がＨ（正常状態）の時のみ電源４からトランジスタ２１のエミッタ‐コレクタ間に電流が流れる状態となるため、電源４から充電回路駆動基板２２への通電が可能な状態となる。一方充電回路駆動基板２２へ電力を供給する配線は制御手段３に接続されており、制御手段３から送られる電圧がＨ（ゲート駆動状態）のときのみ充電回路駆動基板２２に電力が供給される構成となっている。前記スイッチ部分にはリレー等を用いるように構成してもよい。
【００３０】
第二の切替手段のハードウェア構成部分１０６は、図３の回路構成によって実現されている。ＡＮＤゲート３１は前記緊急停止異常検出信号Ｓ１及び制御手段３からのコンタクタ断接信号Ｓ３（Ｈが接続指令を、Ｌが切断指令を表す）を入力とし、出力をラッチ回路の一つであるＤ‐ラッチ３２の入力としている。一方Ｄ‐ラッチ３２は低電流検出信号Ｓ２（Ｈが低電流状態を表す）をラッチ信号として受け取り、ラッチ信号がＨの時のみ入力信号を出力としてコンタクタ駆動回路１８へ伝達する。Ｄ‐ラッチ３２は典型的には当該機能を有する集積回路によって実現される。
【００３１】
次に、以上のように構成された充電システム７の停止時の典型的な動作を図４に即して説明する。
【００３２】
図４左側のグラフ４１は、充電完了による通常停止時または通常停止異常発生時における充電システム７の典型的な動作を示したものである。ここで通常停止異常とは、充電終了による通常停止と同様のプロセスによって充電動作を停止させる異常をいう。充電完了もしくは通常停止異常の発生により図中Ａ時点において制御手段３により充電動作の停止処理が開始されると、出力電流が減少する。Ｂ時点において出力電流が５Ａになると低電流検出信号Ｓ３がＨとなるが、制御手段３によるコンタクタ断接信号Ｓ３が依然としてＨである（接続指令が出ている）ためコンタクタ２は接続された状態を保つ。Ｃ時点において制御手段３によるコンタクタ断接信号Ｓ３がＬとなる（切断指令が出る）と、Ｄ‐ラッチ３２の出力信号がＬとなりコンタクタ２は安全に切断される。
【００３３】
図４右側のグラフ４２は、緊急停止の場合の充電システム７の典型的な動作を示したものである。重故障が検出されると、図中Ｄ時点において制御手段３による充電動作の停止処理が開始されると同時に、第一の切り替え手段５により電源４が遮断され、ＩＧＢＴ１４への駆動電力供給が停止する。このため出力電流は急速に低下し、Ｅ時点において出力電流が５Ａになると低電流検出信号Ｓ３がＨとなり、Ｄ‐ラッチ３２の出力信号がＬとなるためコンタクタ２は安全に切断される。
【００３４】
以上のように、本実施形態に係る充電システム７は、充電回路１と、当該充電回路１と充電対象とをリレー接点により断接するコンタクタ２と、当該コンタクタ２による断接及び前記充電回路１の駆動を制御する制御手段３とを有する充電システムにおいて、前記充電回路１中の緊急停止異常の発生を検出する緊急停止異常検出手段１２と、前記充電回路１中の電流値が一定値以下であることを検出する低電流検出手段１７とを備え、さらに前記緊急停止異常検出手段１２により緊急停止異常が検出されるに伴って前記充電回路１の一部または全部を駆動している電源４を遮断し前記充電回路１中の電流値が減少するようにした第一の切替手段５と、前記制御手段３によりコンタクタ２による接続を切断する切断指令が発せられている場合または前記緊急停止異常検出手段１２により緊急停止異常が検出されている場合には前記切断指令を保持し、前記低電流検出手段１７によって前記充電回路１中の電流値が一定値以下であることが検出されている場合にのみ前記保持している切断指令を前記コンタクタ２に伝達するようにした第二の切替手段６とを有するように構成したものである。
【００３５】
このように構成することにより、前記コンタクタ２による切断時に前記充電回路１中の電流値が一定値以下となっていることを保証することが可能である。そのため、切断時の大電流により前記コンタクタ２のリレー接点部が溶着してしまうという従来の不具合を回避し、確実に前記コンタクタ２を保護することができる。
【００３６】
また、緊急停止異常が検出された際には、前記第二の切替手段６と平行して前記第一の切替手段５によって前記充電回路１中の電源４を遮断し前記充電回路１中の電流を低下させるため、充電回路１及びコンタクタ２の両方を適切に保護することができる。
【００３７】
また、前記充電システム７は前記制御手段３と独立なハードウェア構成部分１０５を有し、当該ハードウェア構成部分１０５が前記制御手段３を介さずに前記第一の切替手段５を実現しているため、緊急停止異常の検出に伴い前記充電回路１の電源４を迅速に遮断し前記充電回路１を適切に保護することが可能である。
【００３８】
さらに、上記のハードウェア構成部分１０５は、前記第一の切替手段５として前記電源４と当該電源４により駆動される前記充電回路１との間にスイッチとして用いるトランジスタ２１を備え、前記緊急停止異常検出手段１２の検出結果を一定の電圧として保持し、当該電圧と前記電源４の電圧との偏差もしくは当該偏差により生じる電流によって前記トランジスタ２１の切り替えを行うことで前記充電回路駆動基板２２を通じて前記充電回路１に流入する電流を制御するように構成され、簡易なハードウェア回路による構成となっている。
【００３９】
また、前記前記充電システム７は前記制御手段３と独立なハードウェア構成部分１０６を有し、当該ハードウェア構成部分１０６が前記制御手段３による切断指令または接続指令を受け取り、当該指令をもとに前記制御手段３を介さず前記第二の切替手段６を実現しているため、制御手段３の負担を軽減し、迅速に前記保持している切断指令または接続指令をコンタクタ２に伝達することができる。
【００４０】
さらに、上記のハードウェア構成部分１０６は、前記第二の切替手段６として前記緊急停止異常検出手段１２による検出結果と前記制御手段３による前記コンタクタ２への指令とのＡＮＤゲート３１による論理演算によって前記保持すべき指令を生成し、当該指令及び前記低電流検出手段１７による検出結果を論理回路すなわちＤ‐ラッチ３２の入力とすることによりコンタクタ２へ伝達すべき指令を出力として得るように構成されており、簡易なハードウェア回路による構成となっているとともに、コンタクタによる接続時においても緊急停止異常状態で前記充電回路と前記充電対象とが接続されることを防いでいる。
【００４１】
なお、各部の具体的な構成は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１…充電回路
２…コンタクタ
３…制御手段
４…電源
５…第一の切替手段
６…第二の切替手段
７…充電システム
１１…直流電力源
１２…緊急停止異常検出手段
１３…コンバータ
１４…ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）
１５…変圧器
１６…全波整流回路
１７…低電流検出手段
１８…コンタクタ駆動回路
２１…トランジスタ
２２…充電回路駆動基板
３１…ＡＮＤゲート
３２…Ｄ‐ラッチ
４１…通常停止時または通常停止異常発生時の動作グラフ
４２…緊急停止時の動作グラフ
１０５…第一の切替手段のハードウェア構成部分
１０６…第二の切替手段のハードウェア構成部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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