JP2010239837A - Line-to-ground fault detector, charger for electric vehicles, and method of detecting line-to-ground fault - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動車両用充電器の地絡検出装置に係り、特に、急速充電器における地絡検出の速度およびその信頼性を向上させる技術に関する。 The present invention relates to a ground fault detection device for an electric vehicle charger, and more particularly to a technique for improving the speed of ground fault detection in a quick charger and its reliability.
車体アースから絶縁されたバッテリを搭載した電気自動車のなかには、バッテリから車体アースへの漏電を検知するコンデンサ型の絶縁監視装置が設けられているものがある。例えば、特許文献1には、このようなコンデンサ型の絶縁監視装置として機能する漏電検知システムが開示されている。この漏電検知システムにおいては、一方の極側の充電用ラインと車体との間に、直流電流を遮断するコンデンサと変流器と交流電源とからなる直列回路が設けられており、漏電発生時に交流電源からコンデンサおよび充電用ラインを流れる交流電流が、変流器を介して漏電電流検出器によって検出される。 Some electric vehicles equipped with a battery that is insulated from the vehicle body ground are provided with a capacitor-type insulation monitoring device that detects leakage from the battery to the vehicle body ground. For example, Patent Literature 1 discloses a leakage detection system that functions as such a capacitor-type insulation monitoring device. In this leakage detection system, a series circuit consisting of a capacitor, a current transformer, and an AC power source that cuts off direct current is provided between the charging line on one pole side and the vehicle body. An alternating current flowing from the power source through the capacitor and the charging line is detected by the leakage current detector via the current transformer.
なお、特許文献2にも、これと類似の構成を有するコンデンサ型の絶縁監視装置(電気自動車の地絡検出回路)が記載されている。 Patent Document 2 also describes a capacitor-type insulation monitoring device (electric vehicle ground fault detection circuit) having a similar configuration.
ところで、電気自動車の車載バッテリを充電する充電器の充電用ラインには、一般に、交直変換器内部で発生したノイズをアース(大地)にバイパスさせるためのノイズ除去用コンデンサが設けられている。このため、仮にコンデンサ型の絶縁監視装置を充電器の地絡検出装置としてそのまま適用すると、地絡検出装置の交流電源により発生する交流電流が絶縁監視装置のコンデンサとノイズ除去用コンデンサとを循環してしまう可能性がある。このような交流電流の循環が発生すると、実際には漏電が発生していないにも関わらず、漏電電流検出器が漏電を検知する可能性がある。 Incidentally, a charging line of a charger for charging an in-vehicle battery of an electric vehicle is generally provided with a noise removing capacitor for bypassing noise generated inside the AC / DC converter to the ground (ground). For this reason, if a capacitor-type insulation monitoring device is applied as it is as a ground fault detection device for a charger, the AC current generated by the AC power source of the ground fault detection device circulates between the capacitor of the insulation monitoring device and the noise removal capacitor. There is a possibility that. When such alternating current circulation occurs, there is a possibility that the leakage current detector detects the leakage even though no leakage actually occurs.
また、コンデンサ型の絶縁監視装置においては、一般に、漏電発生時に流れる微小な交流電流とノイズとを識別するために、高速フーリエ変換によるフィルタ処理が行われる。漏電発生時に流れる交流電流とノイズとを高速フーリエ変換によって識別するには、ある程度の時間にわたってデータをサンプリングする必要があるため、その分、漏電発生時に流れる交流電流の検出処理に時間を要する。例えば、充電スタンド内に設置される電気自動車用急速充電器からは、電気自動車とは異なり、高圧電流が流れる充電用ケーブルが外部に露出しているため、これに適用される地絡検出システムには、地絡の発生をより迅速に検出することが求められる。 Further, in a capacitor-type insulation monitoring device, generally, a filter process by a fast Fourier transform is performed in order to discriminate between a minute alternating current that flows when a leakage occurs and noise. In order to identify AC current and noise that flows when leakage occurs by fast Fourier transform, it is necessary to sample data over a certain amount of time, and accordingly, it takes time to detect AC current that flows when leakage occurs. For example, from an electric vehicle quick charger installed in a charging stand, unlike an electric vehicle, a charging cable through which a high-voltage current flows is exposed to the outside. Is required to detect the occurrence of a ground fault more quickly.
このため、コンデンサ型の絶縁監視装置は、電気自動車用充電器の地絡検出装置としてそのまま適用するには不向きである。 For this reason, the capacitor-type insulation monitoring device is not suitable for application as it is as a ground fault detection device for an electric vehicle charger.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電動車両用充電器における地絡を迅速に検出でき、かつ信頼性のより高い地絡検出装置、およびこれを備える電動車両用充電器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to quickly detect a ground fault in a charger for an electric vehicle and to provide a highly reliable ground fault detection apparatus, and an electric motor including the same. The object is to provide a vehicle charger.
上記課題を解決するために、本発明においては、電動車両用充電器の正極側および負極側の各充電用ライン−アース(大地)間に、互いに抵抗値の等しい抵抗を挿入する。そして、電動車両の充電中には、それぞれ抵抗を介した正極側および負極側の各充電用ライン−アース間の直流電流等を検出器により逐次測定して、その測定値の変動を監視する。 In order to solve the above-described problem, in the present invention, resistors having the same resistance value are inserted between the charging line and the ground (ground) on the positive electrode side and the negative electrode side of the electric vehicle charger. During charging of the electric vehicle, a direct current between the charging line and the ground on the positive electrode side and the negative electrode side via the resistors is sequentially measured by a detector, and the fluctuation of the measured value is monitored.
例えば、本発明の地絡検出装置は、電動車両用充電器の正極側および負極側充電用ラインの地絡を検出する地絡検出装置であって、
前記正極側および負極側充電用ライン間に挿入された、抵抗値の等しい2つの抵抗からなる直列回路と、
前記2つの抵抗間に定めた接地位置をアースにつなぐ接地線と、
前記接地線に流れる電流、または前記接地位置および前記アース間の電圧を検出する検出手段と、を備える。
For example, the ground fault detection device of the present invention is a ground fault detection device that detects the ground fault of the positive side and the negative side charging line of the electric vehicle charger,
A series circuit composed of two resistors having the same resistance value, inserted between the positive and negative charging lines;
A grounding wire connecting the grounding position defined between the two resistors to the ground;
Detecting means for detecting a current flowing in the ground line or a voltage between the ground position and the ground.
また、本発明の電動車両用充電器は、
前記電動車両の車載バッテリに給電するための正極側および負極側充電用ラインと、
前記正極側および負極側充電用ラインに接続された前記地絡検出装置と、
遮断器と、
前記地絡検出装置が地絡の発生を検出した場合、前記遮断器に遮断を指示する制御装置と、を備える。
The electric vehicle charger of the present invention is
A positive electrode side and a negative electrode side charging line for supplying power to the in-vehicle battery of the electric vehicle;
The ground fault detection device connected to the positive and negative charging lines;
A circuit breaker,
And a control device that instructs the circuit breaker to shut off when the ground fault detection device detects the occurrence of a ground fault.
本発明によれば、地絡を迅速に検出でき、かつ信頼性のより高い電動車両用充電器を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a ground fault can be detected rapidly and the charger for electric vehicles with higher reliability can be provided.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
まず、本実施の形態に係る電気自動車充電器の構成について説明する。ここでは、充電スタンド等に設置される、電気自動車の車載バッテリを急速充電する急速充電器を例にとり説明する。 First, the configuration of the electric vehicle charger according to the present embodiment will be described. Here, an explanation will be given by taking as an example a quick charger that is installed in a charging stand or the like and that rapidly charges an in-vehicle battery of an electric vehicle.
図1は、本発明の一実施の形態に係る電気自動車用充電器100の概略構成を示した図である。なお、図1には、電気自動車用充電器100の接触式コネクタ101を電気自動車200側の接触式コネクタ201に装着した状態を一例として示してある。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an
図示するように、電気自動車用充電器100は、漏電遮断器(ELB)105と、交直変換部103と、充電ケーブル106と、接触式コネクタ101と、制御装置104と、を有する。
As illustrated, the
漏電遮断器105には、交流電源(例えば200V)300の引き込みケーブルが接続され、交直変換部103は、漏電遮断器105を介して交流電源300から供給される交流電流を直流電流に変換する。ここでは、交流電源300の正極側および負極側出力(正極側および負極側充電用ライン103A,103B)の双方を交流電源300から引き外す漏電遮断器105の構成を図示している。充電ケーブル106は、交直変換部103からの正極側充電用ライン103Aおよび負極側充電用ライン103Bを収容する。接触式コネクタ101は、充電ケーブル106の先端部に設けられている。制御装置104は、電気自動車用充電器100全体を制御する。
The
さらに、この電気自動車用充電器100は、正極側充電用ライン103Aおよび負極側充電用ライン103Bの地絡を検出する地絡検出装置102を有する。この地絡検出装置102は、正極側および負極側充電用ライン103A,103Bに接続された同じ抵抗値の2つの抵抗1021A,1021Bからなる直列回路1021と、抵抗1021A,1021B間をつなぐ配線の適当な位置(例えば抵抗を均等に2分割する位置、以下、接地接続ポイントと呼ぶ)1021Cをアース(大地)400へつなぐ接地線1023と、接地線1023を流れる直流電流の測定値を逐次出力する変流器(DC CT)等の電流検出器1022と、電流検出器1022の測定値が入力される制御器1024と、を有する。すなわち、正極側充電用ライン103A−アース400間と、負極側充電用ライン103B−アース400間とに、互いに抵抗値の等しい抵抗1021A,1021Bがそれぞれ挿入されており、電気自動車200の車載バッテリ202への急速充電中は、電流検出器1022が、抵抗1021Aを介した正極側充電用ライン1021A−アース400間の直流電流と、抵抗1021Bを介した負極側充電用ライン103B−アース400間の直流電流とを逐次測定し、制御器1024が、その測定値の変動を監視するようになっている。
Furthermore, the
ここで、2つの抵抗1021A,1021Bには、地絡発生時に流れる異常電流を小さく抑制するものを用いる必要がある。また、抵抗1021A,1021Bの抵抗値が大きくなりすぎると電流検知時間が長くなるため、抵抗1021A,1021Bの抵抗値を定める際には、使用する電流検出器1022等の性能を考慮する必要もある。これらのことより、例えば交流電源200Vを用いる場合には、数十kΩ〜数百kΩの範囲で抵抗1021A,1021Bの抵抗値を設計することが好ましい。
Here, it is necessary to use the two
つぎに、このような電気自動車用充電器100における地絡発生の検出原理について説明する。
Next, the detection principle of the occurrence of a ground fault in the
図2(A)は、電気自動車用充電器100の負極側充電用ライン103Bで地絡が発生した場合の直流電流(地絡電流)の流れを示す図であり、図2(B)は、電気自動車用充電器100の正極側充電用ライン103Aで地絡が発生した場合の直流電流(地絡電流)の流れを示す図である。なお、これらの図には、地絡電流が流れる閉回路部分の構成のみが示され、それ以外の構成は省略されている。
FIG. 2A is a diagram illustrating a flow of a direct current (ground fault current) when a ground fault occurs in the negative electrode
接触式コネクタ101を電気自動車200側の接触式コネクタ201に装着することによって、正極側および負極側充電用ライン103A,103Bの端子を電気自動車200の車載バッテリ202の正極端子および負極端子にそれぞれ接続し、正極側充電用ライン103Aおよび負極側充電用ライン103Bを介して電気自動車200の車載バッテリ202に直流電流I1を給電すると(図1参照)、電気自動車200の車載バッテリ202の充電が開始する。この状態においては、抵抗値の等しい2つの抵抗1021A,1021Bにかかる電圧がバランスしているため、接地接続ポイント1021Cとアース400とが同電位(0V)となり、接地線1023に直流電流は流れない。
By attaching the
ここで、図2(A)に示すように、負極側充電用ライン103Bの任意の位置(地絡点)P1で地絡が発生すると、アース400から負極側充電用ライン103Bの地絡点P1に流れ込んだ地絡電流I2は、交直変換部103、正極側充電用ライン103A、一方の抵抗1021Aおよび接地線1023を介してアース400に流れ込む。このため、電流検出器1022は、この地絡電流I2を検知する。
Here, as shown in FIG. 2A, when a ground fault occurs at an arbitrary position (ground fault point) P1 of the negative electrode
一方、図2(B)に示すように、正極側充電用ライン103Aの任意の位置(地絡点)P2で地絡が発生すると、正極側充電用ライン103Aの地絡点P2からアース400に流れ込んだ地絡電流I3は、接地線1023、他方の抵抗1021Bおよび負極側充電用ライン103Bを介して交直変換部103に流れ込む。このため、電流検出器1022は、この地絡電流I3を検知する。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, when a ground fault occurs at an arbitrary position (ground fault point) P2 of the positive electrode
以上からわかるように、電気自動車200の車載バッテリ202への急速充電中において、正極側および負極側のいずれかの充電用ライン103A,103Bにおける地絡発生は、電流検出器1022の測定値から検出することができる。そこで、制御器1024は、電気自動車200の車載バッテリ202への急速充電中、電流検出器1022から逐次入力される測定値を監視し、その測定値が、あらかじめ定めた閾値を超えると、正極側充電用ライン103Aおよび負極側充電用ライン103Bのいずれかに異常電流(すなわち地絡)が発生したと判断して、地絡発生を示す異常信号を制御装置104に送信する。これに応じて、制御装置104は、漏電遮断器105の制御により回路を遮断させる。
なお、電気自動車用充電器100が出力装置を有する場合には、管理者等への通報が出力装置から出力されるようにしてもよい。
As can be seen from the above, during the rapid charging of the in-
In addition, when the
以上、本発明の一実施の形態を説明した。 The embodiment of the present invention has been described above.
このように、本実施の形態に係る電気自動車用充電器100によれば、地絡発生時には地絡検出装置102の電流検出器1022が0.1〜数mA程度の電流を検出し、この実測値をそのまま閾値と比較することにより、地絡発生を直ちに検出可能である。このため、FFT等といった、ある程度の時間を要する演算処理を行う必要がなく、その分、より迅速に地絡を検出して、直ちに回路を遮断することができる。すなわち、地絡発生から回路遮断までに要する時間をより短縮可能である。また、地絡検出装置102には、電気自動車用充電器100のノイズ除去用コンデンサと干渉する要素が含まれていないため、電気自動車用充電器100の既存の要素との干渉に起因する地絡誤検出の発生を防止することができる。したがって、本実施の形態によれば、電気自動車用充電器における地絡を迅速に検出でき、かつその検出の信頼性を向上させることができる。
Thus, according to the
また、正極側および負極側のいずれの充電用ライン103A,103Bにおける地絡発生も1台の電流検出器1022の測定値に基づき検知することができるため、より安価な電気自動車用充電器100を実現することができる。
Further, since the occurrence of a ground fault in any of the
なお、以上においては、接地接続ポイント1021C−アース400間の直流電流を電流検出器1022で検出しているが、接地接続ポイント1021C−アース400間の電圧を電圧変成器等の電圧検出器で検出してもよい。この場合、接地線1023は、少なくとも、接地接続ポイント1021C−アース400間の電圧を検出するのに十分な抵抗を有している必要がある。
In the above, the DC current between the
また、以上においては、電流検出器1022の測定値に基づき地絡発生を判断する制御器1024を地絡検出装置102内に設けているが、例えば、制御装置104が、電流検出器1022の測定値の入力を逐次受け付け、この測定値と閾値との比較により地絡発生を判断するようにしてもよい。
In the above description, the
また、本発明は、電気自動車のみならず、搭載されたバッテリの外部電源からの充電機能を有する電動車両に広く適用できる。 Further, the present invention can be widely applied not only to electric vehicles but also to electric vehicles having a charging function from an external power source of a mounted battery.
100:電気自動車用充電器、101:接触式コネクタ、102:地絡検出装置、103:交直変換部、103A:正極側充電用ライン、103B:負極側充電用ライン、104:制御装置、105:漏電遮断器(ELB)、106:充電ケーブル、200:電気自動車、201:接触式コネクタ、202:車載バッテリ、300:交流電源、400:アース(大地)、1021:抵抗の直列回路、1021A,1021B:抵抗、1022:電流検出器、1023:接地線、1024:制御器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Charger for electric vehicles, 101: Contact-type connector, 102: Ground fault detection apparatus, 103: AC / DC conversion part, 103A: Positive side charging line, 103B: Negative side charging line, 104: Control apparatus, 105: Earth leakage breaker (ELB), 106: charging cable, 200: electric vehicle, 201: contact connector, 202: on-board battery, 300: AC power supply, 400: earth (ground), 1021: series circuit of resistors, 1021A, 1021B : Resistance, 1022: Current detector, 1023: Ground line, 1024: Controller
Claims (3)
前記正極側および負極側充電用ライン間に挿入された、抵抗値の等しい2つの抵抗からなる直列回路と、
前記2つの抵抗間に定めた接地位置をアースにつなぐ接地線と、
前記接地線に流れる電流、または前記接地位置および前記アース間の電圧を検出する検出手段と、を備える
ことを特徴とする地絡検出装置。 A ground fault detection device for detecting a ground fault of a positive electrode side and a negative electrode side charging line of an electric vehicle charger,
A series circuit composed of two resistors having the same resistance value, inserted between the positive and negative charging lines;
A grounding wire connecting the grounding position defined between the two resistors to the ground;
A ground fault detection device comprising: a detection unit configured to detect a current flowing through the ground line or a voltage between the ground position and the ground.
前記電動車両の車載バッテリに給電するための正極側および負極側充電用ラインと、
前記正極側および負極側充電用ラインに接続された請求項1に記載の地絡検出装置と、
遮断器と
前記地絡検出装置が地絡の発生を検出した場合、前記遮断器に遮断を指示する制御装置と、を備える
ことを特徴とする電動車両用充電器。 An electric vehicle charger for charging an in-vehicle battery of an electric vehicle,
A positive electrode side and a negative electrode side charging line for supplying power to the in-vehicle battery of the electric vehicle;
The ground fault detection device according to claim 1 connected to the positive electrode side and negative electrode side charging lines,
A battery charger for an electric vehicle comprising: a circuit breaker; and a control device that instructs the circuit breaker to break when the ground fault detection device detects the occurrence of a ground fault.
前記電動車両用充電器において、前記正極側および負極側充電用ライン間に、抵抗値の等しい2つの抵抗からなる直列回路を挿入するとともに、前記2つの抵抗間に定めた接地位置を接地線でアースにつなぎ、かつ前記接地線に流れる電流、または前記接地位置および前記アース間の電圧を検出する検出手段を設け、
前記電動車両用充電器が、電動車両の車載バッテリへの充電中、前記検出手段により逐次検出された、前記接地線に流れる電流、または前記接地位置および前記アース間の電圧の検出値に基づき地絡の発生を検出する
ことを特徴とする地絡検出方法。 A ground fault detection method for detecting a ground fault of a positive electrode side and a negative electrode side charging line of an electric vehicle charger,
In the electric vehicle charger, a series circuit composed of two resistors having the same resistance value is inserted between the positive electrode side and the negative electrode side charging line, and a grounding position defined between the two resistors is a ground wire. A detecting means for detecting a current flowing through the grounding wire, or a voltage between the grounding position and the ground, connected to the ground;
The electric vehicle charger is grounded based on a detected value of a current flowing in the ground line or a voltage detected between the ground position and the ground, which is sequentially detected by the detection means during charging of the on-vehicle battery of the electric vehicle. A ground fault detection method characterized by detecting the occurrence of a fault.
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