説明

充電システム

【課題】電流を切断する際に大電流によるコンタクタ端子部の溶着を防止し、コンタクタと充電回路との適切な保護を可能にする。
【解決手段】充電回路1中に緊急停止異常検出手段12及び低電流検出手段17を設け、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、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保持している前記切断指令を前記コンタクタ2の駆動回路18に伝達するようにした第二の切替手段6とをさらに具備することによって、コンタクタ2及び充電回路1を適切に保護する。

【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

【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。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2013−115998(P2013−115998A)
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−262368(P2011−262368)
【出願日】平成23年11月30日(2011.11.30)
【出願人】(000002059)シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Fターム(参考)】