車載用充電システム及びこれを備えるプラグイン式電気自動車
【課題】車体に接触した者を感電事故から守ることが可能な車載用充電システムを提供する。
【効果】車載用充電システム１２０によると、車体Ｃｂに設置された充電用コネクタ１１０と車輌内に配置されたメインバッテリ１３０との間にブレーカー１２１が設けられるので、商用電力を印加させた際に漏電電流が車輌内に発生すると、充電用コネクタ１１０と車輌の電力系統１００との電気的接続を遮断させ、漏電電流の発生を断ち、これにより、当該車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車では、車体に接触した者を漏電電流に起因する感電事故から守ることが可能となる。
【効果】車載用充電システム１２０によると、車体Ｃｂに設置された充電用コネクタ１１０と車輌内に配置されたメインバッテリ１３０との間にブレーカー１２１が設けられるので、商用電力を印加させた際に漏電電流が車輌内に発生すると、充電用コネクタ１１０と車輌の電力系統１００との電気的接続を遮断させ、漏電電流の発生を断ち、これにより、当該車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車では、車体に接触した者を漏電電流に起因する感電事故から守ることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用充電システム及びこれを備えるプラグイン式電気自動車に関し、特に、感電事故に対する安全性の向上を図る際に用いて好適のものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動モータ及び内燃機関の系統を適宜に選択させ駆動輪に動力を与えるＨＥＶ（Hybrid Electric
Vehicle）が実用化されている。更には、車載用バッテリに関する技術開発の進歩に伴い、バッテリ電力による長距離走行が可能となり、これを受けて、プラグイン式の充電機構を具備するＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）についても商品化が行なわれている。加えて、車輌の構成から内燃機関を排除させ、電動モータのみの構成で車輌を走行させるＥＶ（Electric Vehicle）が登場するに至っている。以下、プラグイン式ＨＥＶ及びＥＶをプラグイン式電気自動車と呼ぶ。
【０００３】
プラグイン式電気自動車１は、図７に示す如く、高圧側電力系統１０ａ及び低圧側電力系統１０ｂとから成る電力系統１０が車輌内に組み込まれている。このうち、高圧側電力系統１０ａは、車輌のボディーに設けられた充電用コネクタ１１と、当該充電用コネクタ１１に接続され商用電力を直流電力に変換させる車載用充電システム１２と、車載用充電システム１２の出力電力によって充電されるメインバッテリ１３と、メインバッテリ１３から電力を受け３相交流電力を生成させるインバータ１４と、インバータ１４によって駆動されるメインモータ１５とから構成されている。高圧側電力系統１０ａでは、家庭用コンセントに充電用コネクタ１１が接続されると、出力電圧が３００Ｖ〜４００Ｖ程度のメインバッテリ１３を充電させ、当該メインバッテリ１３の電力を更にインバータ１４にて変換させることにより、メインモータ１５を適宜に駆動させる。当該高圧側電力系統１０ａは、高電圧が加えられるため、車輌のシャーシＣｂ１又はボディーＣｂ２から絶縁状態Ｚが保たれ、これにより、搭乗者等は、ボディーＣｂ２に接触しても、高電圧による感電から保護される。以下、シャーシＣｂ１又はボディーＣｂ２を「車体Ｃｂ」と呼ぶ。
【０００４】
低圧側電力系統１０ｂは、メインバッテリ１３の後段に接続され数百ボルトの高電圧を１４ボルト程度の低電圧へ変換させるＤＣ−ＤＣコンバータ１６と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６の出力電力によって充電されるサブバッテリ１７と、当該サブバッテリ１７によって駆動される図示されない車載用機器（パワーウインドウ、パワーステアリング、フューエルポンプ、照明機器、オーディオ等）とから構成される。低圧側電力系統１０ｂは、供給された高電圧を１４ボルト程度の低電圧に変換させると供に、当該低電圧によってサブバッテリ１７を充電させる。そして、サブバッテリ１７から１２ボルト程度の電圧が出力されることにより、後段の各種車載用機器に電力が与えられる。低圧側電力系統１０ｂは、陽極側に接続される電源ラインＰｐと陰極側に接続される電源ラインＰｎとによって配線され、陰極側の電源ラインＰｎは、車体Ｃｂと同電位にされている。
【０００５】
上述した従来例に係るプラグイン式電気自動車は、特開平１０−１３６５１０号公報（特許文献１）、特開平１１−０６９５１２号公報（特許文献２）、特開２００１−２１９７３３号公報（特許文献３）、特開２００９−０１７６７５号公報（特許文献４）、特開２００９−０９５１５７号公報（特許文献５）、等で紹介されており、この他、かかる技術分野において広く知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１３６５１０号公報
【特許文献２】特開平１１−０６９５１２号公報
【特許文献３】特開２００１−２１９７３３号公報
【特許文献４】特開２００９−０１７６７５号公報
【特許文献５】特開２００９−０９５１５７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、図７で説明された技術では、何らかの絶縁不良が起きて、高圧側電力系統１０ａから車体Ｃｂへと漏電電流が流れると、車体Ｃｂは、当該車体と接地面とが絶縁されているので、漏電電流に伴って車体表面に高電荷を帯電させてしまう。このとき、車体に接触した者（例えば、搭乗者、充電作業者等）は、車体と接地面との電位差によって体内にアース電流が流れ、其の電流値によっては感電してしまう惧れがある。尚、車内に生じる漏電電流は、ハーネスの接続が解かれて端子部が車体に接触してしまう場面、又は、イオンマイグレーション、車載機器のヒートシンクと実装素子との絶縁劣化等、種々の要因で起こり得る。また、当該漏電電流は、高圧側電力系統１０ａから低圧側電力系統１０ｂを介して車体へと流れることも有る。
【０００８】
かかる問題の回避策として、電源ラインを非常遮断させる装置を用いても、漏電電流の検知ミスが偶発的に起きてしまうと、電源ラインの遮断装置（特許請求の範囲における遮断手段に相当）が作動せず、上述同様、車体に漏電電流が流れ、当該車体に接触した者が感電してしまうとの問題が起こり得る。そこで、車載用充電システムでは、漏電電流の検知ミスが生じても遮断装置を駆動させるリカバリー機能を与え、センサー故障等の不測の事態が生じても人体を感電事故から保護できるよう多重の安全設計が求められる。更に、車載用充電システムは、車体に漏電電流が流れてしまうと感電事故を起こす危険度が高くなるため、車体に漏電電流が流れる前に遮断装置を作動させ、感電事故の発生を未然に防ぐ安全機能が求められる。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑み、車体に接触した者を感電事故から守ることが可能な車載用充電システム及びこれを備えるプラグイン式電気自動車の提供を第１の目的とする。また、感電事故を防止する遮断装置を確実に機能させることが出来る車載用充電システム及びこれを備えるプラグイン式電気自動車の提供を第２の目的とする。更に、感電事故の発生を未然に防ぐ安全機能が与えられた車載用充電システム及びこれを備えるプラグイン式電気自動車の提供を第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明では次のような車載用充電システムの構成とする。即ち、車体に設けられた充電用コネクタと、電源ラインを介して供給される商用電力を変換させ車輌に搭載された高圧用バッテリへ充電電力を供給する電力変換回路と、前記商用電力を供給しているときに漏電状態を検出すると前記電源ラインを遮断させ前記商用電力による前記電力変換回路への電力供給を停止させる遮断手段とを少なくとも備え、
前記遮断手段は、前記充電用コネクタと前記電力変換回路との間に接続されていることとする。
【００１１】
また、本発明では次のような車載用充電システムの構成としても良い。即ち、電源ラインを介して供給される商用電力を変換させ車輌に搭載された高圧用バッテリへ充電電力を供給する電力変換回路と、前記商用電力を供給しているときに漏電状態を検出すると前記電源ラインを遮断させ前記商用電力による前記電力変換回路への電力供給を停止させる遮断手段と、車両に構成された電力系統と車体との間の絶縁状態が良好か不良かの判定を行なう絶縁状態判定回路と、前記絶縁状態判定回路の判定信号に応じて前記遮断手段を遮断動作させる遮断動作誘発回路とを少なくとも備えることとする。
【００１２】
好ましくは、前記絶縁状態判定回路は、車両に構成された電力系統と車体との絶縁状態が不良となった場合に絶縁不良電流を生じさせる電流発生回路と、前記絶縁不良電流の発生を検出し前記判定信号を生成出力させる信号生成回路とを備えていることとする。
【００１３】
好ましくは、前記判定信号は、車輌に搭載された制御回路を介して前記遮断動作誘発回路へ入力されることとする。
【００１４】
好ましくは、前記遮断動作誘発回路は、前記ブレーカー近傍の電源ラインのうち一方の電源ラインに対して前記ブレーカーの入力側で一端が接続され、前記ブレーカー近傍の電源ラインのうち他方の電源ラインに対して前記ブレーカーの出力側で他端が接続され、前記一方の電源ラインの入力側と前記他方の電源ラインの出力側とを導通又は非導通とさせる第１の導通手段を具備することとする。
【００１５】
好ましくは、前記遮断動作誘発回路は、前記第１の導通手段と、前記ブレーカーの出力側での前記一方の電源ライン及び前記他方の電源ラインを導通又は非導通とさせる第２の導通手段とを具備し、
前記第２の導通手段は、前記漏電検出回路の検出信号に応じて導通又は非導通の状態が切換えられ、前記第１の導通手段は、前記第２の導通手段の切換状態に応じて導通又は非導通の状態が切換えられることとする。
【００１６】
好ましくは、前記遮断手段は、前記複数の電源ラインの電流バランスが崩れると作動されることとする。より好ましくは、前記遮断手段は、ブレーカーであることとする。
【００１７】
更に、本発明では、上述した発明の何れかに記載の車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車としても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る車載用充電システムによると、車体に設置された充電用コネクタと車輌内に配置された電力変換回路との間にブレーカーが設けられるので、漏電電流が車輌内で発生すると、充電用コネクタと車載用充電システムとを電気的に遮断させ、これにより、当該車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車では、車体に接触した者を漏電電流に起因する感電事故から守ることが可能となる。
【００１９】
また、本発明に係る車載用充電システムによると、車輌の電源をオン状態とさせた段階で判定信号が出力されるので、当該判定信号が絶縁不良を示す場合、商用電源を充電用コネクタへ接続させた瞬間、ブレーカーが強制遮断され、充電用コネクタと車輌の電力系統との電気的接続が直ちに遮断されることとなる。また、本発明に係るプラグイン式電気自動車によると、電力系統の絶縁不良が確認されている場合、商用電源を充電用コネクタへ接続させた瞬間、直ちに電源ラインが遮断されるので、車体への漏電電流の流れが未然に防止され、車体に接触する人（搭乗者、充電作業者等）を感電事故から守ることが可能となる。
【００２０】
更に、本発明に係る車載用充電システムによると、回路故障等の不測の事態に備えて二重の安全設計が設けられることにより、ブレーカーの遮断動作を確実に実施させることが可能となる。また、本発明に係るプラグイン式電気自動車では、二重の安全設計によってブレーカーの遮断動作が確実に実施されるので、漏電電流の流れが完全に抑えられ、これにより、車体に接触する人（搭乗者、充電作業者等）を感電事故から守ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態に係るプラグイン式電気自動車の電力系統の構成を示す図。
【図２】実施例１に係る車載用充電システムの構成を示す図。
【図３】実施例１に係る車載用充電システムの他の構成を示す図。
【図４】実施例１に係る車載用充電システムの動作を示す図。
【図５】実施例２に係る車載用充電システムに適用される電力変換回路の構成を示す図。
【図６】実施例２に係る車載用充電システムに適用される電力変換回路の構成を示す図。
【図７】従来例に係るプラグイン式電気自動車の電力系統の構成を示す図。
【図８】従来例に係る車載用充電システムに適用される電力変換回路の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１に示す如く、プラグイン式電気自動車の電力系統１００は、高圧側電力系統１００ａと低圧側電力系統１００ｂとから構成される。このうち、高圧側電力系統１００ａは、充電用コネクタ１１０と、充電用コネクタ１１０に接続された車載用充電システム１２０と、車載用充電システム１２０に接続されたメインバッテリ１３０（特許請求の範囲における高電圧バッテリ）と、メインバッテリ１３０に接続されたインバータ１４０と、インバータ１４０に接続されたメインモータ１５０とから構成され、かかる構成により、メインモータ１５０を数百ボルトの高電圧で駆動制御させ、車輌を適宜に走行させる。また、低圧側電力系統１００ｂは、高圧側電力系統１００ａの接点部Ａに接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ１６０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６０に接続されたサブバッテリ１７０と、サブバッテリ１７０に接続された車載用負荷（パワーウインドウ、パワーステアリング、フューエルポンプ、照明機器、オーディオ等）１８０とから構成され、かかる構成により、車載用負荷を１２ボルト程度の低電圧で制御させる。尚、低圧側電力系統１００ｂは、Ｐｐ２が陽極側の電源ラインとされ、Ｐｎ２が陰極側の電源ラインとされ、当該電源ラインＰｎ２は車輌のシャーシ又はボディー（以下、車体Ｃｂと呼ぶ）に電気的に接続されている。また、高圧側電力系統１００ａは、理想的な場合、図示の如く車体Ｃｂとの絶縁状態が維持されている。
【００２３】
車載用充電システム１２０は、遮断手段１２１と電力変換回路１２２とから構成されている。このうち、電力変換回路１２２は、複数の電源ラインＰｐ１，Ｐｎ１を介して供給される商用電力を変換させ、車輌に搭載されたメインバッテリ１３０へ充電電力を供給する。一方、遮断手段１２１は、商用電力が充電用コネクタ１１０に接続されてから、印加された商用電力の状態に基づいて、車輌内に漏電電流が流れたか否かの事実を検知する。そして、当該遮断手段１２１は、漏電電流を検知すると、機械的可動機構を作動させ、これにより、電源ラインＰｐ１又はＰｎ１の各々を遮断させ、商用電力による電力変換回路１２２への電力供給を停止させる。かかる遮断手段１２１は、電磁的に駆動されるリレー装置であっても良く、電源ラインＰｐ１，Ｐｎ１の電流バランスが崩れた際に作動されるブレーカー装置であっても良い。但し、何れの場合であっても、電力系統１００の漏電電流を何らかの手段によって検出し、その検出値に応じて遮断動作を発生させる装置が必要となる。
【００２４】
漏電電流は、車輌に設けられた電力系統１００の何れかの部分で絶縁不良が生じていると、商用電力を投入した際、絶縁不良に陥った箇所を伝って電流が車体に流れ、当該車体に接触している者の体内にアース電流を流す原因となる。かかるアース電流は、１０ｍＡ〜２０ｍＡになると人体の筋肉を痙攣させ自力で車体から離れることが困難となり、５０ｍＡに上ると人体を死に至らしめてしまう。このため、本実施の形態の場合、漏電電流の電流値が大きくなる前に当該電流を検出できる装置が好ましい。このため、適宜な感度設定が行い得るブレーカー装置を用いるのが好ましい。
【００２５】
本実施の形態に係る車載用充電システム１２０によると、車体Ｃｂに設置された充電用コネクタ１１０と車輌内に配置されたメインバッテリ１３０との間にブレーカー１２１が設けられるので、商用電力を印加させた際に漏電電流が車輌内に発生すると、充電用コネクタ１１０と車輌の電力系統１００との電気的接続を遮断させ、漏電電流の発生を断ち、これにより、当該車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車では、車体に接触した者を漏電電流に起因する感電事故から守ることが可能となる。
【００２６】
ところで、ブレーカー１２１は、当該ブレーカー１２１の前段側に不要な配線が接続されると、電源ラインＰｎ１，Ｐｐ１をブレーカー１２１で遮断させても、商用電力と車輌に配された電力系統１００とを完全に遮断できない場合がある。その一例を挙げると、車載ＥＣＵで電源ラインＰｐ１の電圧値を検出し充電用コネクタ１１０に商用電力が接続されたか否かの判断を遠隔的に行なうシステムでは、ブレーカー１２１の前段の電源ラインに電圧検出用の信号ラインが接続されるので、車載ＥＣＵ内で絶縁不良が起きてしまうと、当該信号ライン及び車載ＥＣＵを介して商用電力の一部が車輌の電力系統１００に印加されてしまう場合がある。そして、このような事態に陥ると、電力系統側の絶縁不良箇所から車体Ｃｂへ向けて漏電電流が流れ、車体に接触する者が感電する惧れが有る。
【００２７】
このため、本実施の形態に係る車載用充電システム１２０では、図示の如く、車輌に設けられた充電用コネクタ１１０と電力変換回路１２２との間にブレーカー１２１を接続させている。これにより、ブレーカー１２１は充電用コネクタ１１０の直後に配置されることとなり、電圧検出用又はこの他の用途で用いられる信号ライン等をブレーカー１２１の後段で電源ラインに接続配線させることが容易となり、ブレーカー１２１の前段では、電源ラインＰｐ１，Ｐｎ１に接続される不要な配線が極力排除されることとなる。
【００２８】
従って、同図の車載用充電システム１２０によると、充電用コネクタ１１０の直後にブレーカー１２１が設けられるので、ブレーカー１２１の後段で信号ライン等の接続配線が行なわれ、これにより、ブレーカー１２１が遮断動作すると、商用電力を印加させた充電用コネクタ１１０と車体側の電力系統１００との電気的接続が確実に遮断され、車体への漏電電流の発生原因を根絶することが可能となる。従って、当該車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車では、感電事故に繋がる危険な状況下において、漏電電流の流れが確実にカットされるので、車体に接触する者を感電事故から確実に守ることが可能となる。
【００２９】
ここで、車載用の電力系統１００では、感電事故に対する安全確保の観点から、漏電電流の検知ミスが生じてもブレーカー１２１を駆動させ得るリカバリー機能を与え、センサー故障等の不測の事態が生じても人体を感電事故から保護できるよう多重の安全設計が求められる。また、車載用充電システムは、車体に漏電電流が流れてしまうと感電事故を起こす危険度が高くなるため、車体に漏電電流が流れる前に遮断装置を作動させ、感電事故の発生を未然に防ぐ安全機能が求められる。しかしながら、これらの要求事項を充足させるためには、図１にて説明した車載用充電システム１２０の構成では実現不可能であるため、当該車載用充電システム１２０に更なる回路構成を追加させる必要がある。以下、上述した要求事項を充足させる車載用充電システムについて説明する。
【実施例１】
【００３０】
図２は、本実施例に係る車載用充電システム１２０の回路構成が示されている。当該車載用充電システム１２０は、ブレーカー１２１と電力変換回路１２２と上位制御回路１２３と絶縁状態判定回路１２４と遮断動作誘発回路１２５とから構成されている。本実施例に係る車載用充電システムでは、実施の形態にて説明した車載用充電システムの構成に加えて、上位制御回路１２３と絶縁状態判定回路１２４と遮断動作誘発回路１２５とが追加構成され、絶縁状態判定回路１２４と遮断動作誘発回路１２５とによって、上述した要求事項が充足されることとなる。尚、充電用コネクタ１１０は、従来例にて説明したように、車輌のボディーの一部に設けられ、外部コネクタとの着脱が作業者によって自由に行なわれる。
【００３１】
ブレーカー１２１は、零相変流器ＺＣＴと増幅器ＩＳと引きはずし装置ＭＳとから構成されている。零相変流器ＺＣＴは、電源ラインを挿通させる鉄心と当該鉄心に捲回された二次コイルとを備え、電源ラインＰｐ１及び電源ラインＰｎ１に流れる入力電流と帰還電流とのバランスを検出する。当該零相変流器ＺＣＴは、相電流のバランスが崩れた場合、二次コイルを誘起させ、電流バランスが乱れた旨の情報を出力させる。増幅器ＩＳは、零相変流器ＺＣＴからの信号を受信し、当該信号を適宜な値に増幅させる。また、増幅器ＩＳでは、図示されない感度調整部を伴って、遮断動作の感度調整をも行なう。引きはずし装置ＭＳは、増幅器ＩＳの信号を受信すると、機械的機構を作動させて電源ラインの各々を完全に絶縁遮断させる。当該引きはずし装置ＭＳは、一度遮断動作されると、手動復帰させない限り、導通状態へ復帰することは出来ない機構とされている。引きはずし装置ＭＳには、電磁式の装置や電子式の装置が用いられる。尚、同図に示される零相変流器ＺＣＴは、３相交流電力にも使用できるよう電源ラインが３本設けられているが、本実施の形態では、２相交流電力を接続させるため、このうちの２本の電源ラインのみが接続される。
【００３２】
電力変換回路１２２は、複数のパワートランジスタ及びコイル等から成る主回路部と、当該主回路部を制御させる各種制御回路とから構成される。電力変換回路１２２は、上位制御回路１２３から指令信号を受けると、これに基づいて内部の制御回路がパワートランジスタを駆動させ、これにより、交流電力（商用電力）を数百ボルト（例えば、３００ボルト〜４００ボルト程度）の直流電力へと変換させる。尚、電力変換回路１２２の具体的構成については、図６にて詳述することとする。
【００３３】
上位制御回路１２３は、車体制御の機能を主として司るＢＣＵ（Body Control Unit）であって、車輌内のセンサーから受信した情報を保有し、当該情報に基づいて適宜な信号を生成出力させる装置である。上位制御回路１２３は、家庭用電源が充電用コネクタ１１０に接続されると、電源ラインの電位上昇を伝達させる信号ラインを介して、その旨の情報を受信する。そして、上位制御回路１２３では、電源ラインの電圧値上昇に係る情報が電力変換回路１２２を起動させる一つの条件として設定されており、電圧値上昇に係る情報及び他に設定された情報が揃うと、電力変換回路１２２の起動指令を出力する。
【００３４】
絶縁状態判定回路１２４は、車両に構成された電力系統と車体との間の絶縁状態が良好か不良かの判定を行なう。当該絶縁状態判定回路１２４は、電流発生回路１２４ａと信号生成回路１２４ｂとによって構成される。このうち、電流発生回路１２４ａは、車両に構成された電力系統１００と車体Ｃｂとの絶縁状態が不良となった場合に、絶縁不良電流Ｉｊを生じさせる。一方、信号生成回路１２４ｂは、電流発生回路１２４ａで生じた絶縁不良電流Ｉｊの発生を検出し、当該絶縁不良電流Ｉｊの状態に応じて、絶縁状態が維持されているか不良とされているかを示す判定信号Ｓｃを生成出力させる。
【００３５】
図２には、電流発生回路１２４ａ及び信号生成回路１２４ｂを具備する回路構成の一例が示されている。電流発生回路１２４ａは、交流波を出力させるオシレータＯＳＣと、一端がオシレータＯＳＣに接続され他端が接点部Ｅに接続された抵抗Ｒｚと、車体Ｃｂ及び接点部Ｅの間に接続されたコンデンサＣｙと、接点部Ｄと接点部Ｅとの間に直列接続されたコンデンサＣｘ及び抵抗Ｒｘとから構成されている。電流発生回路１２４ａは、電力系統１００での絶縁状態が維持されていると、オシレータから与えられる交流波が接点部Ｅで所定電位に設定され、このときは、接点部Ｄ及び電源ラインＰｐ１へ絶縁不良電流Ｉｊが流れることはない。これに対し、電力系統１００での絶縁状態が維持されていない場合、電流発生回路１２４ａでは、コンデンサに蓄積されていた電荷の移動により、絶縁不良電流Ｉｊが流れ、このとき、接点部Ｅで設定されていた電位が低下することとなる。
【００３６】
信号生成回路１２４ｂは、コンパレータＣＯＭＰによって構成され、当該コンパレータＣＯＭＰは、非反転入力端子に基準電位Ｖｔｈが印加され、反転入力端子に電流発生回路１２４ａの接点部Ｅが接続される。コンパレータＣＯＭＰは、反転入力端子の印加電圧が基準電位Ｖｔｈより大きいと、出力端子からＬｏｗ信号（絶縁良好を示す判定信号Ｓｃ）を出力させ、反転入力端子の印加電圧が基準電位Ｖｔｈより低下すると、出力端子からＨｉｇｈ信号（絶縁不良を示す判定信号Ｓｃ）を出力させる。
【００３７】
従って、これらの回路を具備する絶縁状態判定回路１２４は、電力系統１００の絶縁状態が良好である場合、接点部Ｅでの電位が基準電位Ｖｔｈより高く設定され、コンパレータの出力端子から、絶縁良好を示す信号、即ち、Ｌｏｗ信号を出力させる。一方、電力系統１００の絶縁状態が不良である場合、絶縁状態判定回路１２４では、接点部Ｅでの電位が基準電位Ｖｔｈより低下し、コンパレータの出力端子から、絶縁不良を示す信号、即ち、Ｈｉｇｈ信号を出力させる。
【００３８】
本実施例に係る絶縁状態判定回路１２４は、商用電源の印加が行なわれるか否かに関係なく、サブバッテリから供給される５Ｖ〜１２Ｖの低電圧（以下、制御系電圧、制御系電力とも呼ぶ）を用いて判定信号Ｓｃが処理される。従って、電力系統の制御系回路に電源が投入されていれば、商用電源の接続前に、絶縁状態の良否を判定することが可能となる。
【００３９】
また、当該絶縁判定回路１２４は、商用電源の接続前に絶縁状態の良否判定を実施するので、良否判定された判定信号Ｓｃを遮断誘発回路１２５へ予め供給しておくことが可能となる。
【００４０】
尚、同図では、コンパレータＣＯＭＰの出力ラインにトランジスタＴｒｍが接続され、制御系電圧（例えば、１２ボルト）によって、コンパレータからの検出信号を増幅させるようにしている。但し、判定信号Ｓｃの電圧値が十分高く、後段の遮断動作誘発回路１２５正しく動作させることが可能であれば、判定信号Ｓｃを増幅させる構成は省略して良い。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６０等で生成された制御系電圧（例えば、５Ｖ〜１２Ｖ）によって上位制御回路１２３が駆動されるので、図３に示すように、コンパレータＣＯＭＰからの判定信号Ｓｃを上位制御回路１２６のマイコン等で増幅させるようにしても良い。
【００４１】
遮断動作誘発回路１２５は、図２に示す如く、抵抗Ｒｒとリレー装置Ｒｙ１，Ｒｙ２とから構成され、絶縁状態判定回路１２４の判定信号Ｓｃに応じてブレーカー１２１を遮断動作させる。リレー装置は、導通状態又は遮断状態を択一的に形成させるものであって、機械的なスイッチ機構と当該スイッチ機構を駆動させるコイル部とから構成される。また、遮断動作誘発回路１２５には、先の抵抗Ｒｒ及びリレー装置Ｒｙ１，Ｒｙ２及び種々の配線によって、第１の導通手段Ｌ１と第２の導通手段Ｌ２と判定信号伝達手段Ｌ３とが形成される。
【００４２】
第１の導通手段Ｌ１は、一方の電源ラインＰｎ１に対してブレーカー１２１の入力側（接点部Ｃ）で配線の一端が接続され、他方の電源ラインＰｐ１に対してブレーカー１２１の出力側（接点部Ｂ１）で配線の他端が接続されている。また、当該配線には、図示の如く、抵抗Ｒｒとリレー装置Ｒｙ１のスイッチ機構とが接続されている。第１の導通手段Ｌ１は、リレー装置Ｒｙ１のコイル部で磁束変化が生じると、リレー装置Ｒｙ１のスイッチ機構は、電磁的に駆動され、導通状態から遮断状態（非導通状態）へと切換えられる。即ち、第１の導通手段Ｌ１は、接点部Ｃと接点部Ｂ１とを導通又は非導通の状態に切換える役割を担う。尚、第１の導通手段Ｌ１は、ブレーカー１２１の入力側で電源ラインＰｐ１に接続させ、ブレーカー１２１の出力側でＰｎ１に接続させるようにしても良い。
【００４３】
一方、第２の導通手段Ｌ２は、図示の如く、ブレーカー１２１の出力側において、配線の一端（接点部Ｂ１）が電源ラインＰｐ１に接続され、配線の他端（接点部Ｂ２）が電源ラインＰｎ１に接続される。また、第２の導通手段Ｌ２には、リレー装置Ｒｙ２のスイッチ機構とリレー装置Ｒｙ１のコイル部とが直列に接続されている。当該第２の導通手段Ｌ２は、リレー装置Ｒｙ２のスイッチ機構が閉成されると、接点部Ｂ１及び接点部Ｂ２を導通させる。
【００４４】
判定信号伝達手段Ｌ３は、リレー装置Ｒｙ２のコイル部を備え、一端がトランジスタＴｒｍの出力端子（又は、上位制御回路１２３の信号出力端子）に接続され、他端が車輌の車体Ｃｂに接続されている。判定信号伝達手段Ｌ３では、絶縁状態判別回路側から供給された判定信号Ｓｃ（判定信号Ｓｃが増幅された信号ＳＣ’を含む）がＨｉｇｈ状態とされるとき、リレー装置Ｒｙ２のコイル部を励起させ、当該リレー装置Ｒｙ２のスイッチ機構を閉成させる。
【００４５】
車載用充電システム１２０の動作について、図４及び図５を参照して以下説明する。図４及び図５では、車載用充電システム１２０の一部構成のみが便宜的に示されており、図４では、車輌の電源スイッチがオンされて制御用電力が投入された後であって、判定信号が絶縁良好とされている。一方、図５では、制御用電力が投入された後であって、判定信号が絶縁不良とされている。尚、当該図４及び図５では、特段のことわりが無い限り、ブレーカー１２１で漏電電流が検出されていないこととする。
【００４６】
先ず、図４を参照して、判定信号が絶縁良好とされる場面について説明する。充電用コネクタ１１０に商用電源が接続されると、判定信号が絶縁良好の旨を示しているので、トランジスタＴｒｍは予めオフ状態とされ、リレー装置Ｒｙ２のコイル部は励磁されず、リレー装置Ｒｙ２のスイッチ機構は開状態を維持する。このとき、リレー装置Ｒｙ１では、自身のコイル部が励起されないので、当該リレー装置Ｒｙ１のスイッチ機構も開状態のままとされる。このようなスイッチング状態の場合、電源ラインＰｐ１と電源ラインＰｎ１との電流バランスに乱れは起きないので、遮断動作誘発回路１２５によってブレーカー１２１が作動されることはない。即ち、ブレーカー１２１の引きはずし装置ＭＳは、閉成状態を維持し、外部からの商用電力を電力変換回路１２２へと供給させることとなる。
【００４７】
次に、図５を参照して、判定信号が絶縁不良とされる場面について説明する。上述の如く、判定信号は制御系電力の投入と同時期に出力されるので、図５（ａ）に示す如く、判定信号伝達手段Ｌ３には、トランジスタＴｒｍによって増幅された判定信号Ｓｃ’が流れ込む。このとき、リレー装置Ｒｙ２では、コイル部が励起されスイッチ機構が閉成される。すると、電源ラインＰｐ１の接点部Ｂ１と電源ラインＰｎ１の接点部Ｂ２との間には電位差が生じているので、第２の導通手段Ｌ２に電源ライン間の相関電流が流れ、これにより、リレー装置Ｒｙ１では、当該リレー装置Ｒｙ１のコイル部が励起され、同装置のスイッチ機構が閉成されることとなる。このとき、接点部Ｃと接点部Ｂ１とが導通されるので、第１の導通手段Ｌ１には相間電流Ｉｋが流れることとなる。尚、第１の導通手段Ｌ１では、相間電流Ｉｋが抵抗Ｒｒによって調整されている。
【００４８】
図５（ｂ）に示す如く、第１の導通手段Ｌ１に相間電流Ｉｋが流れると、入力方向へ流れる電流と帰還方向へ流れる電流とのバランスが崩れるので、零相変流器ＺＣＴでは、磁束変化を受けて二次コイルから検出電圧を出力させ、増幅器ＩＳは、当該検出電圧を受けて電圧値を増幅させ、電圧の印加先とされる引きはずし装置ＭＳを遮断させる。即ち、第１の導通手段Ｌ１は、零相変流器ＺＣＴでの電源ラインの電流バランスを強制的に乱し、ブレーカー１２１を強制的に遮断動作させる役割を担う。
【００４９】
ブレーカー１２１が遮断動作されると、双方の電源ラインには電力の印加が無くなるので、図５（ｃ）に示す如く、リレー装置Ｒｙ１が開成状態に復帰し、第１の導通手段Ｌ１は、接点部Ｃと接点部Ｂ１との導通を解く。このとき、判定信号が絶縁不良を指していたとしても、本実施例に係る充電システム１２０では、引きはずし装置ＭＳの入力側と出力側との遮断状態が手動復帰操作されるまで維持され、リレー装置Ｒｙ１の遮断状態（開成）が引きはずし装置ＭＳの遮断状態（開成）に応じて維持される。従って、充電用コネクタ１１０を介して供給される商用電力は、ブレーカー１２１の入力側と出力側との全ての配線が遮断状態（開成）とされるため、当該商用電力が電力変換回路１２２へ供給されることは無い。よって、判定信号が絶縁不良を示している際の車載用充電システム１２０では、車輌の電源を入れた段階で判定信号が既に決定されるので、充電用コネクタ１１０へ商用電力を接続させると、直ちにブレーカー１２１を強制遮断させる。即ち、当該車載用充電システム１２１では、車体Ｃｂへ漏電電流が流れる前にブレーカー１２１を強制遮断させ、車体に接触している人を感電事故から守ることが可能となる。
【００５０】
尚、図４及び図５では、ブレーカー１２１が自発的に作動しない場合について説明を行なった。但し、電源ラインにおける相電流のバランスが崩れた場合には、判定信号Ｓｃの有無に関わらず、自発的に電源ラインを遮断させ、車体Ｃｂへ流れる漏電電流を防止できる。即ち、本実施例に係るブレーカー１２１は、相電流のバランス検出によって自発的に遮断動作させる場合と、判定信号の指示に従って強制的に遮断動作される場合とが有り得る。従って、零相変流器ＺＣＴ又は増幅器ＩＳに不具合が生じブレーカー１２１の動作感度が鈍化した場合であっても、遮断動作誘発回路１２５によってブレーカー内の相電流のバランスを大きく崩すことが出来るため、絶縁状態判定回路１２４の判定信号に基づいて、ブレーカー１２１を強制的に遮断動作させることが可能となる（多重の安全設計の第一形態）。また、絶縁状態判定回路１２４の不具合が生じて、本来出力されるべき「絶縁不良を示す旨の判定信号」が出力されなくなっても、電力系統１００から車体Ｃｂに漏電電流が流れると、自発的な遮断動作が働くので、電源ラインの各々をブレーカー１２１によって遮断させることが可能となる（多重の安全設計の第二形態）。
【００５１】
上述の如く、本実施例に係る車載用充電システム１２０によると、車輌の電源をオン状態とさせた段階で判定信号Ｓｃが出力されるので、当該判定信号Ｓｃが絶縁不良を示す場合、商用電源を充電用コネクタ１１０へ接続させた瞬間、ブレーカー１２１が強制遮断され、充電用コネクタ１１０と車輌の電力系統１００との電気的接続が直ちに遮断されることとなる。また、本実施例に係るプラグイン式電気自動車によると、電力系統１００の絶縁不良が確認されている場合、商用電源を充電用コネクタ１１０へ接続させた瞬間、直ちに電源ラインが遮断されるので、車体Ｃｂへの漏電電流の流れが未然に防止され、車体に接触する人（搭乗者、充電作業者等）を感電事故から守ることが可能となる。
【００５２】
また、ブレーカー１２１は、当該ブレーカー自身の自発的な遮断動作を実施させると供に、絶縁状態判定回路１２４及び遮断動作誘発回路１２５による強制的な遮断動作が実施される。そして、当該ブレーカー１２１は、自発的な遮断動作が機能しなくなっても、強制的な遮断動作が機能する限り、漏電電流の発生を未然に防止することが出来、一方、強制的な遮断動作が機能しなくなっても、自発的な遮断動作が機能することにより、漏電電流が人体に影響を及ぼす電流値になる前に当該漏電電流を停止させることが可能となる。
【００５３】
即ち、本実施例に係る車載用充電システム１２０によると、回路故障等の不測の事態に備えて二重の安全設計が設けられることにより、ブレーカー１２１の遮断動作を確実に実施させることが可能となる。また、本実施例に係るプラグイン式電気自動車では、二重の安全設計によってブレーカー１２１の遮断動作が確実に実施されるので、漏電電流の流れが完全に抑えられ、これにより、車体に接触する人（搭乗者、充電作業者等）を感電事故から守ることが可能となる。
【００５４】
尚、一般に、従来例に係るプラグイン式電気自動車１（図７参照）では、充電システム１２に内蔵される電力変換回路に絶縁構造を設け、充電用コネクタ１１とメインバッテリ１３との電気的接触を断ち、車体への漏電電流の漏出を極力排除できる回路構成を採用している。以下、図８を参照し、充電システム１２に内蔵される電力変換回路２２について説明する。
【００５５】
従来例に係る電力変換回路２２は、ダイオードブリッジから成る整流回路２２ａと、力率を改善させ入力電圧を昇圧させるＰＦＣ回路２２ｂと、ＰＦＣ回路から受けた電圧を調整し適宜な充電電圧を生成するトランス式昇降圧回路２２ｃとから構成されている。このうち、トランス式昇降圧回路２２ｃは、２本のインバータアームの間に一次コイルを設けたフルブリッジ回路Ｂｒと、二次コイルの端部に接続されたダイオードＤｖ及びＤｗと、当該二次コイルの中点に接続されたリアクトルＬ４と、一端がダイオードＤｖ及びＤｗのアノード側に接続され他端がリアクトルＬ４の出力側に接続された平滑コンデンサＣｓとから構成され、一次コイル及び二次コイルは、鉄心を介して絶縁トランスＴ１を形成している。かかる構成を具備するトランス式昇降圧トランス２２ｃは、図示されない制御回路によってフルブリッジ回路Ｂｒが駆動されると、これに応じて、絶縁トランスＴ１で二次電圧が生じる。そして、平滑コンデンサＣｓでは、二次電圧とリアクトルＬ４の作用により、メインバッテリ１３の充電電圧を生成させるための電荷が蓄積される。また、かかるトランス式昇降圧回路２２ｃは、内部に絶縁トランスＴ１が形成されているので、絶縁トランスＴ１の一次側と二次側とを電気的に絶縁させ、トランス後段での漏電電流の漏出を防ぎ、これにより、車体に接触する人（搭乗者、充電作業者等）を感電事故から守ることとしている。
【００５６】
しかし、図８で説明された技術では、絶縁トランスＴ１を充電システム１２へ組み込んだ構成とされるので、当該システムの大型化に繋がるとの問題が生じる。また、絶縁トランスＴ１を駆動させるフルブリッジ回路Ｂｒは、４個のパワートランジスタを個別に制御させるため、スイッチングノイズが大きくなり、これにより、フィルター回路を大型化させてしまうとの問題も生じる。しかし、上述した実施の形態又は実施例に係る電力変換回路１２２は、ブレーカー１２１が車載用充電システムへ組み込まれているので、従来例の電力変換回路の構成に関する問題が以下の如く一掃される。
【実施例２】
【００５７】
図６は、充電システム１２０を構成する電力変換回路１２２が示されている。かかる電力変換回路１２２は、図示の如く、整流ブリッジ１２２ａとＰＦＣ回路１２２ｂとＰＦＣ制御回路１２２ｃと降圧コンバータ１２２ｄと降圧コンバータ制御回路１２２ｅとから構成され、このうち、ＰＦＣ制御回路１２２ｃと降圧コンバータ制御回路１２２ｅとは、上位制御回路１２３から、指令信号が各々送られる。
【００５８】
整流ブリッジ１２２ａは、図示の如く、ダイオードＤ１〜Ｄ４がブリッジ状に配線され、入力された交流電力を全波整流させる。また、整流ブリッジ１２２ａの後段には、図示されないフィルター回路が設けられる。
【００５９】
ＰＦＣ回路１２２ｂは、リアクトルＬ１及びＬ２と、ダイオードＤ５及びＤ６と、パワートランジスタＴｒ１及びＴｒ２と、平滑コンデンサＣｐと、シャント抵抗Ｒｓとから構成され、整流ブリッジから出力された全波整流波形の力率を改善させると供に、平滑コンデンサＣｐから直流電圧を適宜に制御させて出力させる。また、ＰＦＣ制御回路１２２ｃは、入力電圧及び出力電圧及びシャント抵抗からの信号値に基づいて、適宜なＰＷＭ信号を生成出力させ、パワートランジスタＴ１及びＴｒ２を制御させる。かかるＰＦＣ回路１２２ｂは、インターリーブ制御が導入されているので、平滑コンデンサＣｐのピーク電圧が低減される。また、ＰＷＭ制御によって重畳される電源ラインのノイズも抑制することができる。
【００６０】
降圧コンバータ１２２ｄは、パワートランジスタＴｒ３と、当該パワートランジスタＴｒ３に直列接続されるリアクトルＬ３と、フリーホイーリングダイオードＤ７と、平滑コンデンサＣｑとから構成され、パワートランジスタＴｒ３は、降圧コンバータ制御回路１２２ｅによって制御される。当該降圧コンバータ１２２ｄは、パワートランジスタＴｒ３の動作に応じて、入力電圧を降圧変換させる一般的な回路であって、回路構成が非常に簡素なものとされる。
【００６１】
そして、電力変換回路１２２は、整流ブリッジ１２２ａとＰＦＣ回路１２２ｂと降圧コンバータ１２２ｄとによって、商用電力（交流電力）を直流電力に変換させ、当該直流電力の電圧値を適宜な値に制御させる。また、充電用コネクタ１１０の直後にブレーカー１２１が設置されるので、図８（従来例）に示されるような絶縁トランスＴ１を設けなくとも、感電事故に対する充電作業者の保護が図られる。
【００６２】
本実施の形態に係る車載用充電システム１２０によると、電力変換回路１２２の構成について絶縁トランスＴ１を省略できるので、装置の簡素化及び小型化が図られる。更に、絶縁トランスの省略及びこれに伴うフルブリッジ回路の省略により、スイッチング回数が抑えられ、これにより、フィルター回路の小型化、低ノイズ化が可能となる。
【００６３】
また、車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車によると、充電システムの小型化及び低コスト化に伴い、車輌全体の小型化及び低コスト化に資するものとなる。また、充電システムの低ノイズ化に伴い、車輌内の電力系統全体の安定動作が期待できる。
【符号の説明】
【００６４】
１００ 電力系統
１１０ 充電用コネクタ
１２０ 充電システム
１２１ 遮断手段
１２２ 電力変換回路
１２３ 上位制御回路
１２４ 絶縁状態判定回路
１２５ 遮断動作誘発回路
Ｒｙ１ リレー（第１の導通手段）
Ｒｙ２ リレー（第２の導通手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用充電システム及びこれを備えるプラグイン式電気自動車に関し、特に、感電事故に対する安全性の向上を図る際に用いて好適のものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動モータ及び内燃機関の系統を適宜に選択させ駆動輪に動力を与えるＨＥＶ（Hybrid Electric
Vehicle）が実用化されている。更には、車載用バッテリに関する技術開発の進歩に伴い、バッテリ電力による長距離走行が可能となり、これを受けて、プラグイン式の充電機構を具備するＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）についても商品化が行なわれている。加えて、車輌の構成から内燃機関を排除させ、電動モータのみの構成で車輌を走行させるＥＶ（Electric Vehicle）が登場するに至っている。以下、プラグイン式ＨＥＶ及びＥＶをプラグイン式電気自動車と呼ぶ。
【０００３】
プラグイン式電気自動車１は、図７に示す如く、高圧側電力系統１０ａ及び低圧側電力系統１０ｂとから成る電力系統１０が車輌内に組み込まれている。このうち、高圧側電力系統１０ａは、車輌のボディーに設けられた充電用コネクタ１１と、当該充電用コネクタ１１に接続され商用電力を直流電力に変換させる車載用充電システム１２と、車載用充電システム１２の出力電力によって充電されるメインバッテリ１３と、メインバッテリ１３から電力を受け３相交流電力を生成させるインバータ１４と、インバータ１４によって駆動されるメインモータ１５とから構成されている。高圧側電力系統１０ａでは、家庭用コンセントに充電用コネクタ１１が接続されると、出力電圧が３００Ｖ〜４００Ｖ程度のメインバッテリ１３を充電させ、当該メインバッテリ１３の電力を更にインバータ１４にて変換させることにより、メインモータ１５を適宜に駆動させる。当該高圧側電力系統１０ａは、高電圧が加えられるため、車輌のシャーシＣｂ１又はボディーＣｂ２から絶縁状態Ｚが保たれ、これにより、搭乗者等は、ボディーＣｂ２に接触しても、高電圧による感電から保護される。以下、シャーシＣｂ１又はボディーＣｂ２を「車体Ｃｂ」と呼ぶ。
【０００４】
低圧側電力系統１０ｂは、メインバッテリ１３の後段に接続され数百ボルトの高電圧を１４ボルト程度の低電圧へ変換させるＤＣ−ＤＣコンバータ１６と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６の出力電力によって充電されるサブバッテリ１７と、当該サブバッテリ１７によって駆動される図示されない車載用機器（パワーウインドウ、パワーステアリング、フューエルポンプ、照明機器、オーディオ等）とから構成される。低圧側電力系統１０ｂは、供給された高電圧を１４ボルト程度の低電圧に変換させると供に、当該低電圧によってサブバッテリ１７を充電させる。そして、サブバッテリ１７から１２ボルト程度の電圧が出力されることにより、後段の各種車載用機器に電力が与えられる。低圧側電力系統１０ｂは、陽極側に接続される電源ラインＰｐと陰極側に接続される電源ラインＰｎとによって配線され、陰極側の電源ラインＰｎは、車体Ｃｂと同電位にされている。
【０００５】
上述した従来例に係るプラグイン式電気自動車は、特開平１０−１３６５１０号公報（特許文献１）、特開平１１−０６９５１２号公報（特許文献２）、特開２００１−２１９７３３号公報（特許文献３）、特開２００９−０１７６７５号公報（特許文献４）、特開２００９−０９５１５７号公報（特許文献５）、等で紹介されており、この他、かかる技術分野において広く知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１３６５１０号公報
【特許文献２】特開平１１−０６９５１２号公報
【特許文献３】特開２００１−２１９７３３号公報
【特許文献４】特開２００９−０１７６７５号公報
【特許文献５】特開２００９−０９５１５７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、図７で説明された技術では、何らかの絶縁不良が起きて、高圧側電力系統１０ａから車体Ｃｂへと漏電電流が流れると、車体Ｃｂは、当該車体と接地面とが絶縁されているので、漏電電流に伴って車体表面に高電荷を帯電させてしまう。このとき、車体に接触した者（例えば、搭乗者、充電作業者等）は、車体と接地面との電位差によって体内にアース電流が流れ、其の電流値によっては感電してしまう惧れがある。尚、車内に生じる漏電電流は、ハーネスの接続が解かれて端子部が車体に接触してしまう場面、又は、イオンマイグレーション、車載機器のヒートシンクと実装素子との絶縁劣化等、種々の要因で起こり得る。また、当該漏電電流は、高圧側電力系統１０ａから低圧側電力系統１０ｂを介して車体へと流れることも有る。
【０００８】
かかる問題の回避策として、電源ラインを非常遮断させる装置を用いても、漏電電流の検知ミスが偶発的に起きてしまうと、電源ラインの遮断装置（特許請求の範囲における遮断手段に相当）が作動せず、上述同様、車体に漏電電流が流れ、当該車体に接触した者が感電してしまうとの問題が起こり得る。そこで、車載用充電システムでは、漏電電流の検知ミスが生じても遮断装置を駆動させるリカバリー機能を与え、センサー故障等の不測の事態が生じても人体を感電事故から保護できるよう多重の安全設計が求められる。更に、車載用充電システムは、車体に漏電電流が流れてしまうと感電事故を起こす危険度が高くなるため、車体に漏電電流が流れる前に遮断装置を作動させ、感電事故の発生を未然に防ぐ安全機能が求められる。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑み、車体に接触した者を感電事故から守ることが可能な車載用充電システム及びこれを備えるプラグイン式電気自動車の提供を第１の目的とする。また、感電事故を防止する遮断装置を確実に機能させることが出来る車載用充電システム及びこれを備えるプラグイン式電気自動車の提供を第２の目的とする。更に、感電事故の発生を未然に防ぐ安全機能が与えられた車載用充電システム及びこれを備えるプラグイン式電気自動車の提供を第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明では次のような車載用充電システムの構成とする。即ち、車体に設けられた充電用コネクタと、電源ラインを介して供給される商用電力を変換させ車輌に搭載された高圧用バッテリへ充電電力を供給する電力変換回路と、前記商用電力を供給しているときに漏電状態を検出すると前記電源ラインを遮断させ前記商用電力による前記電力変換回路への電力供給を停止させる遮断手段とを少なくとも備え、
前記遮断手段は、前記充電用コネクタと前記電力変換回路との間に接続されていることとする。
【００１１】
また、本発明では次のような車載用充電システムの構成としても良い。即ち、電源ラインを介して供給される商用電力を変換させ車輌に搭載された高圧用バッテリへ充電電力を供給する電力変換回路と、前記商用電力を供給しているときに漏電状態を検出すると前記電源ラインを遮断させ前記商用電力による前記電力変換回路への電力供給を停止させる遮断手段と、車両に構成された電力系統と車体との間の絶縁状態が良好か不良かの判定を行なう絶縁状態判定回路と、前記絶縁状態判定回路の判定信号に応じて前記遮断手段を遮断動作させる遮断動作誘発回路とを少なくとも備えることとする。
【００１２】
好ましくは、前記絶縁状態判定回路は、車両に構成された電力系統と車体との絶縁状態が不良となった場合に絶縁不良電流を生じさせる電流発生回路と、前記絶縁不良電流の発生を検出し前記判定信号を生成出力させる信号生成回路とを備えていることとする。
【００１３】
好ましくは、前記判定信号は、車輌に搭載された制御回路を介して前記遮断動作誘発回路へ入力されることとする。
【００１４】
好ましくは、前記遮断動作誘発回路は、前記ブレーカー近傍の電源ラインのうち一方の電源ラインに対して前記ブレーカーの入力側で一端が接続され、前記ブレーカー近傍の電源ラインのうち他方の電源ラインに対して前記ブレーカーの出力側で他端が接続され、前記一方の電源ラインの入力側と前記他方の電源ラインの出力側とを導通又は非導通とさせる第１の導通手段を具備することとする。
【００１５】
好ましくは、前記遮断動作誘発回路は、前記第１の導通手段と、前記ブレーカーの出力側での前記一方の電源ライン及び前記他方の電源ラインを導通又は非導通とさせる第２の導通手段とを具備し、
前記第２の導通手段は、前記漏電検出回路の検出信号に応じて導通又は非導通の状態が切換えられ、前記第１の導通手段は、前記第２の導通手段の切換状態に応じて導通又は非導通の状態が切換えられることとする。
【００１６】
好ましくは、前記遮断手段は、前記複数の電源ラインの電流バランスが崩れると作動されることとする。より好ましくは、前記遮断手段は、ブレーカーであることとする。
【００１７】
更に、本発明では、上述した発明の何れかに記載の車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車としても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る車載用充電システムによると、車体に設置された充電用コネクタと車輌内に配置された電力変換回路との間にブレーカーが設けられるので、漏電電流が車輌内で発生すると、充電用コネクタと車載用充電システムとを電気的に遮断させ、これにより、当該車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車では、車体に接触した者を漏電電流に起因する感電事故から守ることが可能となる。
【００１９】
また、本発明に係る車載用充電システムによると、車輌の電源をオン状態とさせた段階で判定信号が出力されるので、当該判定信号が絶縁不良を示す場合、商用電源を充電用コネクタへ接続させた瞬間、ブレーカーが強制遮断され、充電用コネクタと車輌の電力系統との電気的接続が直ちに遮断されることとなる。また、本発明に係るプラグイン式電気自動車によると、電力系統の絶縁不良が確認されている場合、商用電源を充電用コネクタへ接続させた瞬間、直ちに電源ラインが遮断されるので、車体への漏電電流の流れが未然に防止され、車体に接触する人（搭乗者、充電作業者等）を感電事故から守ることが可能となる。
【００２０】
更に、本発明に係る車載用充電システムによると、回路故障等の不測の事態に備えて二重の安全設計が設けられることにより、ブレーカーの遮断動作を確実に実施させることが可能となる。また、本発明に係るプラグイン式電気自動車では、二重の安全設計によってブレーカーの遮断動作が確実に実施されるので、漏電電流の流れが完全に抑えられ、これにより、車体に接触する人（搭乗者、充電作業者等）を感電事故から守ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態に係るプラグイン式電気自動車の電力系統の構成を示す図。
【図２】実施例１に係る車載用充電システムの構成を示す図。
【図３】実施例１に係る車載用充電システムの他の構成を示す図。
【図４】実施例１に係る車載用充電システムの動作を示す図。
【図５】実施例２に係る車載用充電システムに適用される電力変換回路の構成を示す図。
【図６】実施例２に係る車載用充電システムに適用される電力変換回路の構成を示す図。
【図７】従来例に係るプラグイン式電気自動車の電力系統の構成を示す図。
【図８】従来例に係る車載用充電システムに適用される電力変換回路の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１に示す如く、プラグイン式電気自動車の電力系統１００は、高圧側電力系統１００ａと低圧側電力系統１００ｂとから構成される。このうち、高圧側電力系統１００ａは、充電用コネクタ１１０と、充電用コネクタ１１０に接続された車載用充電システム１２０と、車載用充電システム１２０に接続されたメインバッテリ１３０（特許請求の範囲における高電圧バッテリ）と、メインバッテリ１３０に接続されたインバータ１４０と、インバータ１４０に接続されたメインモータ１５０とから構成され、かかる構成により、メインモータ１５０を数百ボルトの高電圧で駆動制御させ、車輌を適宜に走行させる。また、低圧側電力系統１００ｂは、高圧側電力系統１００ａの接点部Ａに接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ１６０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６０に接続されたサブバッテリ１７０と、サブバッテリ１７０に接続された車載用負荷（パワーウインドウ、パワーステアリング、フューエルポンプ、照明機器、オーディオ等）１８０とから構成され、かかる構成により、車載用負荷を１２ボルト程度の低電圧で制御させる。尚、低圧側電力系統１００ｂは、Ｐｐ２が陽極側の電源ラインとされ、Ｐｎ２が陰極側の電源ラインとされ、当該電源ラインＰｎ２は車輌のシャーシ又はボディー（以下、車体Ｃｂと呼ぶ）に電気的に接続されている。また、高圧側電力系統１００ａは、理想的な場合、図示の如く車体Ｃｂとの絶縁状態が維持されている。
【００２３】
車載用充電システム１２０は、遮断手段１２１と電力変換回路１２２とから構成されている。このうち、電力変換回路１２２は、複数の電源ラインＰｐ１，Ｐｎ１を介して供給される商用電力を変換させ、車輌に搭載されたメインバッテリ１３０へ充電電力を供給する。一方、遮断手段１２１は、商用電力が充電用コネクタ１１０に接続されてから、印加された商用電力の状態に基づいて、車輌内に漏電電流が流れたか否かの事実を検知する。そして、当該遮断手段１２１は、漏電電流を検知すると、機械的可動機構を作動させ、これにより、電源ラインＰｐ１又はＰｎ１の各々を遮断させ、商用電力による電力変換回路１２２への電力供給を停止させる。かかる遮断手段１２１は、電磁的に駆動されるリレー装置であっても良く、電源ラインＰｐ１，Ｐｎ１の電流バランスが崩れた際に作動されるブレーカー装置であっても良い。但し、何れの場合であっても、電力系統１００の漏電電流を何らかの手段によって検出し、その検出値に応じて遮断動作を発生させる装置が必要となる。
【００２４】
漏電電流は、車輌に設けられた電力系統１００の何れかの部分で絶縁不良が生じていると、商用電力を投入した際、絶縁不良に陥った箇所を伝って電流が車体に流れ、当該車体に接触している者の体内にアース電流を流す原因となる。かかるアース電流は、１０ｍＡ〜２０ｍＡになると人体の筋肉を痙攣させ自力で車体から離れることが困難となり、５０ｍＡに上ると人体を死に至らしめてしまう。このため、本実施の形態の場合、漏電電流の電流値が大きくなる前に当該電流を検出できる装置が好ましい。このため、適宜な感度設定が行い得るブレーカー装置を用いるのが好ましい。
【００２５】
本実施の形態に係る車載用充電システム１２０によると、車体Ｃｂに設置された充電用コネクタ１１０と車輌内に配置されたメインバッテリ１３０との間にブレーカー１２１が設けられるので、商用電力を印加させた際に漏電電流が車輌内に発生すると、充電用コネクタ１１０と車輌の電力系統１００との電気的接続を遮断させ、漏電電流の発生を断ち、これにより、当該車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車では、車体に接触した者を漏電電流に起因する感電事故から守ることが可能となる。
【００２６】
ところで、ブレーカー１２１は、当該ブレーカー１２１の前段側に不要な配線が接続されると、電源ラインＰｎ１，Ｐｐ１をブレーカー１２１で遮断させても、商用電力と車輌に配された電力系統１００とを完全に遮断できない場合がある。その一例を挙げると、車載ＥＣＵで電源ラインＰｐ１の電圧値を検出し充電用コネクタ１１０に商用電力が接続されたか否かの判断を遠隔的に行なうシステムでは、ブレーカー１２１の前段の電源ラインに電圧検出用の信号ラインが接続されるので、車載ＥＣＵ内で絶縁不良が起きてしまうと、当該信号ライン及び車載ＥＣＵを介して商用電力の一部が車輌の電力系統１００に印加されてしまう場合がある。そして、このような事態に陥ると、電力系統側の絶縁不良箇所から車体Ｃｂへ向けて漏電電流が流れ、車体に接触する者が感電する惧れが有る。
【００２７】
このため、本実施の形態に係る車載用充電システム１２０では、図示の如く、車輌に設けられた充電用コネクタ１１０と電力変換回路１２２との間にブレーカー１２１を接続させている。これにより、ブレーカー１２１は充電用コネクタ１１０の直後に配置されることとなり、電圧検出用又はこの他の用途で用いられる信号ライン等をブレーカー１２１の後段で電源ラインに接続配線させることが容易となり、ブレーカー１２１の前段では、電源ラインＰｐ１，Ｐｎ１に接続される不要な配線が極力排除されることとなる。
【００２８】
従って、同図の車載用充電システム１２０によると、充電用コネクタ１１０の直後にブレーカー１２１が設けられるので、ブレーカー１２１の後段で信号ライン等の接続配線が行なわれ、これにより、ブレーカー１２１が遮断動作すると、商用電力を印加させた充電用コネクタ１１０と車体側の電力系統１００との電気的接続が確実に遮断され、車体への漏電電流の発生原因を根絶することが可能となる。従って、当該車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車では、感電事故に繋がる危険な状況下において、漏電電流の流れが確実にカットされるので、車体に接触する者を感電事故から確実に守ることが可能となる。
【００２９】
ここで、車載用の電力系統１００では、感電事故に対する安全確保の観点から、漏電電流の検知ミスが生じてもブレーカー１２１を駆動させ得るリカバリー機能を与え、センサー故障等の不測の事態が生じても人体を感電事故から保護できるよう多重の安全設計が求められる。また、車載用充電システムは、車体に漏電電流が流れてしまうと感電事故を起こす危険度が高くなるため、車体に漏電電流が流れる前に遮断装置を作動させ、感電事故の発生を未然に防ぐ安全機能が求められる。しかしながら、これらの要求事項を充足させるためには、図１にて説明した車載用充電システム１２０の構成では実現不可能であるため、当該車載用充電システム１２０に更なる回路構成を追加させる必要がある。以下、上述した要求事項を充足させる車載用充電システムについて説明する。
【実施例１】
【００３０】
図２は、本実施例に係る車載用充電システム１２０の回路構成が示されている。当該車載用充電システム１２０は、ブレーカー１２１と電力変換回路１２２と上位制御回路１２３と絶縁状態判定回路１２４と遮断動作誘発回路１２５とから構成されている。本実施例に係る車載用充電システムでは、実施の形態にて説明した車載用充電システムの構成に加えて、上位制御回路１２３と絶縁状態判定回路１２４と遮断動作誘発回路１２５とが追加構成され、絶縁状態判定回路１２４と遮断動作誘発回路１２５とによって、上述した要求事項が充足されることとなる。尚、充電用コネクタ１１０は、従来例にて説明したように、車輌のボディーの一部に設けられ、外部コネクタとの着脱が作業者によって自由に行なわれる。
【００３１】
ブレーカー１２１は、零相変流器ＺＣＴと増幅器ＩＳと引きはずし装置ＭＳとから構成されている。零相変流器ＺＣＴは、電源ラインを挿通させる鉄心と当該鉄心に捲回された二次コイルとを備え、電源ラインＰｐ１及び電源ラインＰｎ１に流れる入力電流と帰還電流とのバランスを検出する。当該零相変流器ＺＣＴは、相電流のバランスが崩れた場合、二次コイルを誘起させ、電流バランスが乱れた旨の情報を出力させる。増幅器ＩＳは、零相変流器ＺＣＴからの信号を受信し、当該信号を適宜な値に増幅させる。また、増幅器ＩＳでは、図示されない感度調整部を伴って、遮断動作の感度調整をも行なう。引きはずし装置ＭＳは、増幅器ＩＳの信号を受信すると、機械的機構を作動させて電源ラインの各々を完全に絶縁遮断させる。当該引きはずし装置ＭＳは、一度遮断動作されると、手動復帰させない限り、導通状態へ復帰することは出来ない機構とされている。引きはずし装置ＭＳには、電磁式の装置や電子式の装置が用いられる。尚、同図に示される零相変流器ＺＣＴは、３相交流電力にも使用できるよう電源ラインが３本設けられているが、本実施の形態では、２相交流電力を接続させるため、このうちの２本の電源ラインのみが接続される。
【００３２】
電力変換回路１２２は、複数のパワートランジスタ及びコイル等から成る主回路部と、当該主回路部を制御させる各種制御回路とから構成される。電力変換回路１２２は、上位制御回路１２３から指令信号を受けると、これに基づいて内部の制御回路がパワートランジスタを駆動させ、これにより、交流電力（商用電力）を数百ボルト（例えば、３００ボルト〜４００ボルト程度）の直流電力へと変換させる。尚、電力変換回路１２２の具体的構成については、図６にて詳述することとする。
【００３３】
上位制御回路１２３は、車体制御の機能を主として司るＢＣＵ（Body Control Unit）であって、車輌内のセンサーから受信した情報を保有し、当該情報に基づいて適宜な信号を生成出力させる装置である。上位制御回路１２３は、家庭用電源が充電用コネクタ１１０に接続されると、電源ラインの電位上昇を伝達させる信号ラインを介して、その旨の情報を受信する。そして、上位制御回路１２３では、電源ラインの電圧値上昇に係る情報が電力変換回路１２２を起動させる一つの条件として設定されており、電圧値上昇に係る情報及び他に設定された情報が揃うと、電力変換回路１２２の起動指令を出力する。
【００３４】
絶縁状態判定回路１２４は、車両に構成された電力系統と車体との間の絶縁状態が良好か不良かの判定を行なう。当該絶縁状態判定回路１２４は、電流発生回路１２４ａと信号生成回路１２４ｂとによって構成される。このうち、電流発生回路１２４ａは、車両に構成された電力系統１００と車体Ｃｂとの絶縁状態が不良となった場合に、絶縁不良電流Ｉｊを生じさせる。一方、信号生成回路１２４ｂは、電流発生回路１２４ａで生じた絶縁不良電流Ｉｊの発生を検出し、当該絶縁不良電流Ｉｊの状態に応じて、絶縁状態が維持されているか不良とされているかを示す判定信号Ｓｃを生成出力させる。
【００３５】
図２には、電流発生回路１２４ａ及び信号生成回路１２４ｂを具備する回路構成の一例が示されている。電流発生回路１２４ａは、交流波を出力させるオシレータＯＳＣと、一端がオシレータＯＳＣに接続され他端が接点部Ｅに接続された抵抗Ｒｚと、車体Ｃｂ及び接点部Ｅの間に接続されたコンデンサＣｙと、接点部Ｄと接点部Ｅとの間に直列接続されたコンデンサＣｘ及び抵抗Ｒｘとから構成されている。電流発生回路１２４ａは、電力系統１００での絶縁状態が維持されていると、オシレータから与えられる交流波が接点部Ｅで所定電位に設定され、このときは、接点部Ｄ及び電源ラインＰｐ１へ絶縁不良電流Ｉｊが流れることはない。これに対し、電力系統１００での絶縁状態が維持されていない場合、電流発生回路１２４ａでは、コンデンサに蓄積されていた電荷の移動により、絶縁不良電流Ｉｊが流れ、このとき、接点部Ｅで設定されていた電位が低下することとなる。
【００３６】
信号生成回路１２４ｂは、コンパレータＣＯＭＰによって構成され、当該コンパレータＣＯＭＰは、非反転入力端子に基準電位Ｖｔｈが印加され、反転入力端子に電流発生回路１２４ａの接点部Ｅが接続される。コンパレータＣＯＭＰは、反転入力端子の印加電圧が基準電位Ｖｔｈより大きいと、出力端子からＬｏｗ信号（絶縁良好を示す判定信号Ｓｃ）を出力させ、反転入力端子の印加電圧が基準電位Ｖｔｈより低下すると、出力端子からＨｉｇｈ信号（絶縁不良を示す判定信号Ｓｃ）を出力させる。
【００３７】
従って、これらの回路を具備する絶縁状態判定回路１２４は、電力系統１００の絶縁状態が良好である場合、接点部Ｅでの電位が基準電位Ｖｔｈより高く設定され、コンパレータの出力端子から、絶縁良好を示す信号、即ち、Ｌｏｗ信号を出力させる。一方、電力系統１００の絶縁状態が不良である場合、絶縁状態判定回路１２４では、接点部Ｅでの電位が基準電位Ｖｔｈより低下し、コンパレータの出力端子から、絶縁不良を示す信号、即ち、Ｈｉｇｈ信号を出力させる。
【００３８】
本実施例に係る絶縁状態判定回路１２４は、商用電源の印加が行なわれるか否かに関係なく、サブバッテリから供給される５Ｖ〜１２Ｖの低電圧（以下、制御系電圧、制御系電力とも呼ぶ）を用いて判定信号Ｓｃが処理される。従って、電力系統の制御系回路に電源が投入されていれば、商用電源の接続前に、絶縁状態の良否を判定することが可能となる。
【００３９】
また、当該絶縁判定回路１２４は、商用電源の接続前に絶縁状態の良否判定を実施するので、良否判定された判定信号Ｓｃを遮断誘発回路１２５へ予め供給しておくことが可能となる。
【００４０】
尚、同図では、コンパレータＣＯＭＰの出力ラインにトランジスタＴｒｍが接続され、制御系電圧（例えば、１２ボルト）によって、コンパレータからの検出信号を増幅させるようにしている。但し、判定信号Ｓｃの電圧値が十分高く、後段の遮断動作誘発回路１２５正しく動作させることが可能であれば、判定信号Ｓｃを増幅させる構成は省略して良い。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６０等で生成された制御系電圧（例えば、５Ｖ〜１２Ｖ）によって上位制御回路１２３が駆動されるので、図３に示すように、コンパレータＣＯＭＰからの判定信号Ｓｃを上位制御回路１２６のマイコン等で増幅させるようにしても良い。
【００４１】
遮断動作誘発回路１２５は、図２に示す如く、抵抗Ｒｒとリレー装置Ｒｙ１，Ｒｙ２とから構成され、絶縁状態判定回路１２４の判定信号Ｓｃに応じてブレーカー１２１を遮断動作させる。リレー装置は、導通状態又は遮断状態を択一的に形成させるものであって、機械的なスイッチ機構と当該スイッチ機構を駆動させるコイル部とから構成される。また、遮断動作誘発回路１２５には、先の抵抗Ｒｒ及びリレー装置Ｒｙ１，Ｒｙ２及び種々の配線によって、第１の導通手段Ｌ１と第２の導通手段Ｌ２と判定信号伝達手段Ｌ３とが形成される。
【００４２】
第１の導通手段Ｌ１は、一方の電源ラインＰｎ１に対してブレーカー１２１の入力側（接点部Ｃ）で配線の一端が接続され、他方の電源ラインＰｐ１に対してブレーカー１２１の出力側（接点部Ｂ１）で配線の他端が接続されている。また、当該配線には、図示の如く、抵抗Ｒｒとリレー装置Ｒｙ１のスイッチ機構とが接続されている。第１の導通手段Ｌ１は、リレー装置Ｒｙ１のコイル部で磁束変化が生じると、リレー装置Ｒｙ１のスイッチ機構は、電磁的に駆動され、導通状態から遮断状態（非導通状態）へと切換えられる。即ち、第１の導通手段Ｌ１は、接点部Ｃと接点部Ｂ１とを導通又は非導通の状態に切換える役割を担う。尚、第１の導通手段Ｌ１は、ブレーカー１２１の入力側で電源ラインＰｐ１に接続させ、ブレーカー１２１の出力側でＰｎ１に接続させるようにしても良い。
【００４３】
一方、第２の導通手段Ｌ２は、図示の如く、ブレーカー１２１の出力側において、配線の一端（接点部Ｂ１）が電源ラインＰｐ１に接続され、配線の他端（接点部Ｂ２）が電源ラインＰｎ１に接続される。また、第２の導通手段Ｌ２には、リレー装置Ｒｙ２のスイッチ機構とリレー装置Ｒｙ１のコイル部とが直列に接続されている。当該第２の導通手段Ｌ２は、リレー装置Ｒｙ２のスイッチ機構が閉成されると、接点部Ｂ１及び接点部Ｂ２を導通させる。
【００４４】
判定信号伝達手段Ｌ３は、リレー装置Ｒｙ２のコイル部を備え、一端がトランジスタＴｒｍの出力端子（又は、上位制御回路１２３の信号出力端子）に接続され、他端が車輌の車体Ｃｂに接続されている。判定信号伝達手段Ｌ３では、絶縁状態判別回路側から供給された判定信号Ｓｃ（判定信号Ｓｃが増幅された信号ＳＣ’を含む）がＨｉｇｈ状態とされるとき、リレー装置Ｒｙ２のコイル部を励起させ、当該リレー装置Ｒｙ２のスイッチ機構を閉成させる。
【００４５】
車載用充電システム１２０の動作について、図４及び図５を参照して以下説明する。図４及び図５では、車載用充電システム１２０の一部構成のみが便宜的に示されており、図４では、車輌の電源スイッチがオンされて制御用電力が投入された後であって、判定信号が絶縁良好とされている。一方、図５では、制御用電力が投入された後であって、判定信号が絶縁不良とされている。尚、当該図４及び図５では、特段のことわりが無い限り、ブレーカー１２１で漏電電流が検出されていないこととする。
【００４６】
先ず、図４を参照して、判定信号が絶縁良好とされる場面について説明する。充電用コネクタ１１０に商用電源が接続されると、判定信号が絶縁良好の旨を示しているので、トランジスタＴｒｍは予めオフ状態とされ、リレー装置Ｒｙ２のコイル部は励磁されず、リレー装置Ｒｙ２のスイッチ機構は開状態を維持する。このとき、リレー装置Ｒｙ１では、自身のコイル部が励起されないので、当該リレー装置Ｒｙ１のスイッチ機構も開状態のままとされる。このようなスイッチング状態の場合、電源ラインＰｐ１と電源ラインＰｎ１との電流バランスに乱れは起きないので、遮断動作誘発回路１２５によってブレーカー１２１が作動されることはない。即ち、ブレーカー１２１の引きはずし装置ＭＳは、閉成状態を維持し、外部からの商用電力を電力変換回路１２２へと供給させることとなる。
【００４７】
次に、図５を参照して、判定信号が絶縁不良とされる場面について説明する。上述の如く、判定信号は制御系電力の投入と同時期に出力されるので、図５（ａ）に示す如く、判定信号伝達手段Ｌ３には、トランジスタＴｒｍによって増幅された判定信号Ｓｃ’が流れ込む。このとき、リレー装置Ｒｙ２では、コイル部が励起されスイッチ機構が閉成される。すると、電源ラインＰｐ１の接点部Ｂ１と電源ラインＰｎ１の接点部Ｂ２との間には電位差が生じているので、第２の導通手段Ｌ２に電源ライン間の相関電流が流れ、これにより、リレー装置Ｒｙ１では、当該リレー装置Ｒｙ１のコイル部が励起され、同装置のスイッチ機構が閉成されることとなる。このとき、接点部Ｃと接点部Ｂ１とが導通されるので、第１の導通手段Ｌ１には相間電流Ｉｋが流れることとなる。尚、第１の導通手段Ｌ１では、相間電流Ｉｋが抵抗Ｒｒによって調整されている。
【００４８】
図５（ｂ）に示す如く、第１の導通手段Ｌ１に相間電流Ｉｋが流れると、入力方向へ流れる電流と帰還方向へ流れる電流とのバランスが崩れるので、零相変流器ＺＣＴでは、磁束変化を受けて二次コイルから検出電圧を出力させ、増幅器ＩＳは、当該検出電圧を受けて電圧値を増幅させ、電圧の印加先とされる引きはずし装置ＭＳを遮断させる。即ち、第１の導通手段Ｌ１は、零相変流器ＺＣＴでの電源ラインの電流バランスを強制的に乱し、ブレーカー１２１を強制的に遮断動作させる役割を担う。
【００４９】
ブレーカー１２１が遮断動作されると、双方の電源ラインには電力の印加が無くなるので、図５（ｃ）に示す如く、リレー装置Ｒｙ１が開成状態に復帰し、第１の導通手段Ｌ１は、接点部Ｃと接点部Ｂ１との導通を解く。このとき、判定信号が絶縁不良を指していたとしても、本実施例に係る充電システム１２０では、引きはずし装置ＭＳの入力側と出力側との遮断状態が手動復帰操作されるまで維持され、リレー装置Ｒｙ１の遮断状態（開成）が引きはずし装置ＭＳの遮断状態（開成）に応じて維持される。従って、充電用コネクタ１１０を介して供給される商用電力は、ブレーカー１２１の入力側と出力側との全ての配線が遮断状態（開成）とされるため、当該商用電力が電力変換回路１２２へ供給されることは無い。よって、判定信号が絶縁不良を示している際の車載用充電システム１２０では、車輌の電源を入れた段階で判定信号が既に決定されるので、充電用コネクタ１１０へ商用電力を接続させると、直ちにブレーカー１２１を強制遮断させる。即ち、当該車載用充電システム１２１では、車体Ｃｂへ漏電電流が流れる前にブレーカー１２１を強制遮断させ、車体に接触している人を感電事故から守ることが可能となる。
【００５０】
尚、図４及び図５では、ブレーカー１２１が自発的に作動しない場合について説明を行なった。但し、電源ラインにおける相電流のバランスが崩れた場合には、判定信号Ｓｃの有無に関わらず、自発的に電源ラインを遮断させ、車体Ｃｂへ流れる漏電電流を防止できる。即ち、本実施例に係るブレーカー１２１は、相電流のバランス検出によって自発的に遮断動作させる場合と、判定信号の指示に従って強制的に遮断動作される場合とが有り得る。従って、零相変流器ＺＣＴ又は増幅器ＩＳに不具合が生じブレーカー１２１の動作感度が鈍化した場合であっても、遮断動作誘発回路１２５によってブレーカー内の相電流のバランスを大きく崩すことが出来るため、絶縁状態判定回路１２４の判定信号に基づいて、ブレーカー１２１を強制的に遮断動作させることが可能となる（多重の安全設計の第一形態）。また、絶縁状態判定回路１２４の不具合が生じて、本来出力されるべき「絶縁不良を示す旨の判定信号」が出力されなくなっても、電力系統１００から車体Ｃｂに漏電電流が流れると、自発的な遮断動作が働くので、電源ラインの各々をブレーカー１２１によって遮断させることが可能となる（多重の安全設計の第二形態）。
【００５１】
上述の如く、本実施例に係る車載用充電システム１２０によると、車輌の電源をオン状態とさせた段階で判定信号Ｓｃが出力されるので、当該判定信号Ｓｃが絶縁不良を示す場合、商用電源を充電用コネクタ１１０へ接続させた瞬間、ブレーカー１２１が強制遮断され、充電用コネクタ１１０と車輌の電力系統１００との電気的接続が直ちに遮断されることとなる。また、本実施例に係るプラグイン式電気自動車によると、電力系統１００の絶縁不良が確認されている場合、商用電源を充電用コネクタ１１０へ接続させた瞬間、直ちに電源ラインが遮断されるので、車体Ｃｂへの漏電電流の流れが未然に防止され、車体に接触する人（搭乗者、充電作業者等）を感電事故から守ることが可能となる。
【００５２】
また、ブレーカー１２１は、当該ブレーカー自身の自発的な遮断動作を実施させると供に、絶縁状態判定回路１２４及び遮断動作誘発回路１２５による強制的な遮断動作が実施される。そして、当該ブレーカー１２１は、自発的な遮断動作が機能しなくなっても、強制的な遮断動作が機能する限り、漏電電流の発生を未然に防止することが出来、一方、強制的な遮断動作が機能しなくなっても、自発的な遮断動作が機能することにより、漏電電流が人体に影響を及ぼす電流値になる前に当該漏電電流を停止させることが可能となる。
【００５３】
即ち、本実施例に係る車載用充電システム１２０によると、回路故障等の不測の事態に備えて二重の安全設計が設けられることにより、ブレーカー１２１の遮断動作を確実に実施させることが可能となる。また、本実施例に係るプラグイン式電気自動車では、二重の安全設計によってブレーカー１２１の遮断動作が確実に実施されるので、漏電電流の流れが完全に抑えられ、これにより、車体に接触する人（搭乗者、充電作業者等）を感電事故から守ることが可能となる。
【００５４】
尚、一般に、従来例に係るプラグイン式電気自動車１（図７参照）では、充電システム１２に内蔵される電力変換回路に絶縁構造を設け、充電用コネクタ１１とメインバッテリ１３との電気的接触を断ち、車体への漏電電流の漏出を極力排除できる回路構成を採用している。以下、図８を参照し、充電システム１２に内蔵される電力変換回路２２について説明する。
【００５５】
従来例に係る電力変換回路２２は、ダイオードブリッジから成る整流回路２２ａと、力率を改善させ入力電圧を昇圧させるＰＦＣ回路２２ｂと、ＰＦＣ回路から受けた電圧を調整し適宜な充電電圧を生成するトランス式昇降圧回路２２ｃとから構成されている。このうち、トランス式昇降圧回路２２ｃは、２本のインバータアームの間に一次コイルを設けたフルブリッジ回路Ｂｒと、二次コイルの端部に接続されたダイオードＤｖ及びＤｗと、当該二次コイルの中点に接続されたリアクトルＬ４と、一端がダイオードＤｖ及びＤｗのアノード側に接続され他端がリアクトルＬ４の出力側に接続された平滑コンデンサＣｓとから構成され、一次コイル及び二次コイルは、鉄心を介して絶縁トランスＴ１を形成している。かかる構成を具備するトランス式昇降圧トランス２２ｃは、図示されない制御回路によってフルブリッジ回路Ｂｒが駆動されると、これに応じて、絶縁トランスＴ１で二次電圧が生じる。そして、平滑コンデンサＣｓでは、二次電圧とリアクトルＬ４の作用により、メインバッテリ１３の充電電圧を生成させるための電荷が蓄積される。また、かかるトランス式昇降圧回路２２ｃは、内部に絶縁トランスＴ１が形成されているので、絶縁トランスＴ１の一次側と二次側とを電気的に絶縁させ、トランス後段での漏電電流の漏出を防ぎ、これにより、車体に接触する人（搭乗者、充電作業者等）を感電事故から守ることとしている。
【００５６】
しかし、図８で説明された技術では、絶縁トランスＴ１を充電システム１２へ組み込んだ構成とされるので、当該システムの大型化に繋がるとの問題が生じる。また、絶縁トランスＴ１を駆動させるフルブリッジ回路Ｂｒは、４個のパワートランジスタを個別に制御させるため、スイッチングノイズが大きくなり、これにより、フィルター回路を大型化させてしまうとの問題も生じる。しかし、上述した実施の形態又は実施例に係る電力変換回路１２２は、ブレーカー１２１が車載用充電システムへ組み込まれているので、従来例の電力変換回路の構成に関する問題が以下の如く一掃される。
【実施例２】
【００５７】
図６は、充電システム１２０を構成する電力変換回路１２２が示されている。かかる電力変換回路１２２は、図示の如く、整流ブリッジ１２２ａとＰＦＣ回路１２２ｂとＰＦＣ制御回路１２２ｃと降圧コンバータ１２２ｄと降圧コンバータ制御回路１２２ｅとから構成され、このうち、ＰＦＣ制御回路１２２ｃと降圧コンバータ制御回路１２２ｅとは、上位制御回路１２３から、指令信号が各々送られる。
【００５８】
整流ブリッジ１２２ａは、図示の如く、ダイオードＤ１〜Ｄ４がブリッジ状に配線され、入力された交流電力を全波整流させる。また、整流ブリッジ１２２ａの後段には、図示されないフィルター回路が設けられる。
【００５９】
ＰＦＣ回路１２２ｂは、リアクトルＬ１及びＬ２と、ダイオードＤ５及びＤ６と、パワートランジスタＴｒ１及びＴｒ２と、平滑コンデンサＣｐと、シャント抵抗Ｒｓとから構成され、整流ブリッジから出力された全波整流波形の力率を改善させると供に、平滑コンデンサＣｐから直流電圧を適宜に制御させて出力させる。また、ＰＦＣ制御回路１２２ｃは、入力電圧及び出力電圧及びシャント抵抗からの信号値に基づいて、適宜なＰＷＭ信号を生成出力させ、パワートランジスタＴ１及びＴｒ２を制御させる。かかるＰＦＣ回路１２２ｂは、インターリーブ制御が導入されているので、平滑コンデンサＣｐのピーク電圧が低減される。また、ＰＷＭ制御によって重畳される電源ラインのノイズも抑制することができる。
【００６０】
降圧コンバータ１２２ｄは、パワートランジスタＴｒ３と、当該パワートランジスタＴｒ３に直列接続されるリアクトルＬ３と、フリーホイーリングダイオードＤ７と、平滑コンデンサＣｑとから構成され、パワートランジスタＴｒ３は、降圧コンバータ制御回路１２２ｅによって制御される。当該降圧コンバータ１２２ｄは、パワートランジスタＴｒ３の動作に応じて、入力電圧を降圧変換させる一般的な回路であって、回路構成が非常に簡素なものとされる。
【００６１】
そして、電力変換回路１２２は、整流ブリッジ１２２ａとＰＦＣ回路１２２ｂと降圧コンバータ１２２ｄとによって、商用電力（交流電力）を直流電力に変換させ、当該直流電力の電圧値を適宜な値に制御させる。また、充電用コネクタ１１０の直後にブレーカー１２１が設置されるので、図８（従来例）に示されるような絶縁トランスＴ１を設けなくとも、感電事故に対する充電作業者の保護が図られる。
【００６２】
本実施の形態に係る車載用充電システム１２０によると、電力変換回路１２２の構成について絶縁トランスＴ１を省略できるので、装置の簡素化及び小型化が図られる。更に、絶縁トランスの省略及びこれに伴うフルブリッジ回路の省略により、スイッチング回数が抑えられ、これにより、フィルター回路の小型化、低ノイズ化が可能となる。
【００６３】
また、車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車によると、充電システムの小型化及び低コスト化に伴い、車輌全体の小型化及び低コスト化に資するものとなる。また、充電システムの低ノイズ化に伴い、車輌内の電力系統全体の安定動作が期待できる。
【符号の説明】
【００６４】
１００ 電力系統
１１０ 充電用コネクタ
１２０ 充電システム
１２１ 遮断手段
１２２ 電力変換回路
１２３ 上位制御回路
１２４ 絶縁状態判定回路
１２５ 遮断動作誘発回路
Ｒｙ１ リレー（第１の導通手段）
Ｒｙ２ リレー（第２の導通手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に設けられた充電用コネクタと、電源ラインを介して供給される商用電力を変換させ車輌に搭載された高圧用バッテリへ充電電力を供給する電力変換回路と、前記商用電力を供給しているときに漏電状態を検出すると前記電源ラインを遮断させ前記商用電力による前記電力変換回路への電力供給を停止させる遮断手段とを少なくとも備え、
前記遮断手段は、前記充電用コネクタと前記電力変換回路との間に接続されていることを特徴とする車載用充電システム。
【請求項２】
電源ラインを介して供給される商用電力を変換させ車輌に搭載された高圧用バッテリへ充電電力を供給する電力変換回路と、前記商用電力を供給しているときに漏電状態を検出すると前記電源ラインを遮断させ前記商用電力による前記電力変換回路への電力供給を停止させる遮断手段と、車両に構成された電力系統と車体との間の絶縁状態が良好か不良かの判定を行なう絶縁状態判定回路と、前記絶縁状態判定回路の判定信号に応じて前記遮断手段を遮断動作させる遮断動作誘発回路とを少なくとも備えることを特徴とする車載用充電システム。
【請求項３】
前記絶縁状態判定回路は、車両に構成された電力系統と車体との絶縁状態が不良となった場合に絶縁不良電流を生じさせる電流発生回路と、前記絶縁不良電流の発生を検出し前記判定信号を生成出力させる信号生成回路とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の車載用充電システム。
【請求項４】
前記判定信号は、車輌に搭載された制御回路を介して前記遮断動作誘発回路へ入力されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車載用充電システム。
【請求項５】
前記遮断動作誘発回路は、前記ブレーカー近傍の電源ラインのうち一方の電源ラインに対して前記ブレーカーの入力側で一端が接続され、前記ブレーカー近傍の電源ラインのうち他方の電源ラインに対して前記ブレーカーの出力側で他端が接続され、前記一方の電源ラインの入力側と前記他方の電源ラインの出力側とを導通又は非導通とさせる第１の導通手段を具備することを特徴とする請求項２乃至請求項４に記載の車載用充電システム。
【請求項６】
前記遮断動作誘発回路は、前記第１の導通手段と、前記ブレーカーの出力側での前記一方の電源ライン及び前記他方の電源ラインを導通又は非導通とさせる第２の導通手段とを具備し、
前記第２の導通手段は、前記漏電検出回路の検出信号に応じて導通又は非導通の状態が切換えられ、
前記第１の導通手段は、前記第２の導通手段の切換状態に応じて導通又は非導通の状態が切換えられることを特徴とする請求項５に記載の車載用充電システム。
【請求項７】
前記遮断手段は、前記複数の電源ラインの電流バランスが崩れると作動されることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の車載用充電システム。
【請求項８】
前記遮断手段は、ブレーカーであることを特徴とする請求項７に記載の車載用充電システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車。
【請求項１】
車体に設けられた充電用コネクタと、電源ラインを介して供給される商用電力を変換させ車輌に搭載された高圧用バッテリへ充電電力を供給する電力変換回路と、前記商用電力を供給しているときに漏電状態を検出すると前記電源ラインを遮断させ前記商用電力による前記電力変換回路への電力供給を停止させる遮断手段とを少なくとも備え、
前記遮断手段は、前記充電用コネクタと前記電力変換回路との間に接続されていることを特徴とする車載用充電システム。
【請求項２】
電源ラインを介して供給される商用電力を変換させ車輌に搭載された高圧用バッテリへ充電電力を供給する電力変換回路と、前記商用電力を供給しているときに漏電状態を検出すると前記電源ラインを遮断させ前記商用電力による前記電力変換回路への電力供給を停止させる遮断手段と、車両に構成された電力系統と車体との間の絶縁状態が良好か不良かの判定を行なう絶縁状態判定回路と、前記絶縁状態判定回路の判定信号に応じて前記遮断手段を遮断動作させる遮断動作誘発回路とを少なくとも備えることを特徴とする車載用充電システム。
【請求項３】
前記絶縁状態判定回路は、車両に構成された電力系統と車体との絶縁状態が不良となった場合に絶縁不良電流を生じさせる電流発生回路と、前記絶縁不良電流の発生を検出し前記判定信号を生成出力させる信号生成回路とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の車載用充電システム。
【請求項４】
前記判定信号は、車輌に搭載された制御回路を介して前記遮断動作誘発回路へ入力されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車載用充電システム。
【請求項５】
前記遮断動作誘発回路は、前記ブレーカー近傍の電源ラインのうち一方の電源ラインに対して前記ブレーカーの入力側で一端が接続され、前記ブレーカー近傍の電源ラインのうち他方の電源ラインに対して前記ブレーカーの出力側で他端が接続され、前記一方の電源ラインの入力側と前記他方の電源ラインの出力側とを導通又は非導通とさせる第１の導通手段を具備することを特徴とする請求項２乃至請求項４に記載の車載用充電システム。
【請求項６】
前記遮断動作誘発回路は、前記第１の導通手段と、前記ブレーカーの出力側での前記一方の電源ライン及び前記他方の電源ラインを導通又は非導通とさせる第２の導通手段とを具備し、
前記第２の導通手段は、前記漏電検出回路の検出信号に応じて導通又は非導通の状態が切換えられ、
前記第１の導通手段は、前記第２の導通手段の切換状態に応じて導通又は非導通の状態が切換えられることを特徴とする請求項５に記載の車載用充電システム。
【請求項７】
前記遮断手段は、前記複数の電源ラインの電流バランスが崩れると作動されることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の車載用充電システム。
【請求項８】
前記遮断手段は、ブレーカーであることを特徴とする請求項７に記載の車載用充電システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の車載用充電システムを搭載させたプラグイン式電気自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１３５６６３（Ｐ２０１１−１３５６６３Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９１６６０（Ｐ２００９−２９１６６０）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００１０９０９３）ダイヤモンド電機株式会社 (387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００１０９０９３）ダイヤモンド電機株式会社 (387)
【Ｆターム（参考）】
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