JP2011244661A5 - - Google Patents
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本発明は、電気自動車用の充電装置の改良、更に詳しくは、感電や漏電を防止して、利用者の電気的な安全を確保することができ、かつ、接続プラグなどの機器の損傷を防止することができ、しかも、簡素な構造で低コストに製造可能な電気自動車用充電装置におけるセーフティ機構に関するものである。
周知のとおり、近年の中国や開発途上国におけるモータリゼーションの急速な進行や経済の発展に伴い、エネルギーの消費は急増し、炭酸ガスの増加など地球環境の悪化が大きな社会課題になっているほか、化石燃料の枯渇が現実味を帯び、内燃機関を動力とする従来型の自動車の将来が危惧される時代になっている。一方2次電池の技術開発が進み、化石燃料の使用を減らすため、電気自動車やプラグインハイブリッド車など(電気自動車EV:electric-vehicle)が時代的主流になりつつある。
ところで、電気自動車は、電池容量に限界があることから、1充電あたりの航続距離が限られるため、街のいたるところに充電できる装置および施設(充電スタンド)が必要となる。
従来のガソリン等を燃料とした内燃機関を動力とする自動車は、各所に設置されたガソリンスタンドなどで、短時間に燃料の補給が可能であるが、電気自動車は、たとえ急速充電装置を利用しても充電に時間がかかるので、従来のように、ガソリンスタンドで簡単に燃料を補給するような感覚で充電することはできない。
このような事情から、電気自動車の電池自体を交換する方法も提案されてはいるが、電池の再充電に要する時間が長いことや、電池は自動車の規模に合わせて専用として用いなければならないため単価も高く、しかも、単位エネルギーあたりの容積がガソリンなどの燃料に比べてはるかに大きいために、多数の充電された電池をガソリンスタンドのように各所に配置しておくことはきわめて困難である。
そこで、比較的長時間車を止めておく駐車場に設置コストの安い普通充電装置(200Vまたは100V充電)を設置し、電気自動車の充電場所として活用する方法は、従来のガソリンスタンドに変わるインフラとして普及していくと考えられる。
特に、駐車場に複数の車室を設け、入出室を検知してロック機構を作動させ、駐車時間に応じて駐車料金を課金するコインパーキング場は、電気自動車の充電場所としても最適である。
もちろん充電場所は、コインパーキング場に限らず、一般的な駐車場など車を止めておく場所であればよいが、それらの場所に設置する充電装置としては、利用者にとって安全で使いやすいシンプルなものが良く、設置する業者の側にとってもシンプルで故障しにくく導入しやすい経済性を持ったものであることが望まれる。
従来、200Vや100V級の電圧で充電する充電スタンドについては、すでに多くのものが開示されており、これらの中には、単に200Vや100Vのコンセントだけを備えた最も簡単なコンセントタイプや、電気自動車と充電スタンド間にケーブルを接続した後に充電開始ボタンやスイッチを押して充電を始めるタイプ、夜間の安価な電力で充電を始められるようにタイマースイッチを備えたタイプ(例えば、特許文献1参照)、利用者を限定できるキー操作タイプ、利用者に課金するためにカード認識できるタイプなどがある。
ところが、充電した際の電気料金はガソリン自動車のガソリン代の数分の一と安価であるため、商業用に充電スタンドを設置する事業者においては、高価な充電スタンドでは投資資金の回収が困難であるという問題がある。
また、かかる電気自動車充電用のスタンドとして、コンセントだけの充電スタンドを、コインパーキング場などに設置した場合、荷電状態にある電源と電気自動車のコード等を直接つなぐことになるため、接続時あるいは切り離し時に電気火花が発生して接続プラグを損傷するおそれがあった。また、充電スタンドは、屋外に設置されている場合が多いため、降雨時に荷電状態にあるコンセントに充電用のケーブルをつないだり外したりする行為は、感電の危険をはらんでいる。
このため、充電装置には充電開始スイッチが設けられるのが普通である。しかし、順序を間違えて充電用のケーブルをつなぐ前に充電開始スイッチを押してしまうと、コンセントだけの充電装置と同様に荷電状態のコンセントに充電ケーブルを抜き差しすることになり、上記のような問題が生じる。
さらにまた、いたずらや充電開始スイッチの切り忘れによって、コンセントが常時荷電されてしまうといった問題もあった。
本発明は、従来の電気自動車用の充電装置に上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、感電や漏電を防止して、利用者の電気的な安全を確保することができ、かつ、接続プラグなどの機器の損傷を防止することができ、しかも、簡素な構造で低コストに製造可能な電気自動車用充電装置におけるセーフティ機構を提供することにある。
本発明者が上記技術的課題を解決するために採用した手段を、添付図面を参照して説明すれば、次のとおりである。
即ち、本発明は、電気自動車の車載バッテリーVを充電する充電装置において、外部電源Pを受電する主電源スイッチ1より下流の充電スタンド内に設置され、充電開始スイッチ41の操作によって電磁的に駆動され、更に下流への通電のオン/オフを切り替え可能な電磁開閉式スイッチ2と;同電磁開閉式スイッチの下流の電圧を入力する電圧入力端子31と、同電磁開閉式スイッチの下流側の電流を入力する電流入力端子32を備えており、同下流側の回路に少なくとも電圧がかかっている時に、メイン電線M内の電流値がゼロか予め設定された電流値よりも小さい値を検出したときに、断線信号Sとして出力接点をオンまたはオフにする断線を検出できる装置3と;
この断線を検出できる装置3の出力接点の状態変化を使って所定時間後に前記電磁開閉式スイッチにオフ指令を送ることができるタイマーリレー装置4と;
前記メイン電線Mの末端に配設され、前記車載バッテリーVへの充電ケーブルを接続可能な出力端子6と;
を少なくとも具備して構成されており、
前記充電開始スイッチ41を操作して、前記電磁開閉式スイッチ2をオンにしたときは、前記メイン電線Mを通じて出力端子6に電力が供給される一方、
前記断線を検出できる装置3の電圧入力端子31にメイン電線M内の電圧が入力され、電流入力端子32にメイン電線M内の電流値が入力され、しかして電圧が加わっているのに電流がゼロか予め設定された電流値よりも小さいときには、前記出力端子6から車載バッテリーVに対して通電していないとして、前記断線を検出できる装置3の出力接点の状態を変化させ、
この出力接点の状態変化を前記タイマーリレー装置4が検知して、所定時間後に前記電磁開閉式スイッチ2をオフ側に駆動して、出力端子への通電を遮断することによって、電気自動車用の充電装置におけるセーフティ機構を完成させた。
この断線を検出できる装置3の出力接点の状態変化を使って所定時間後に前記電磁開閉式スイッチにオフ指令を送ることができるタイマーリレー装置4と;
前記メイン電線Mの末端に配設され、前記車載バッテリーVへの充電ケーブルを接続可能な出力端子6と;
を少なくとも具備して構成されており、
前記充電開始スイッチ41を操作して、前記電磁開閉式スイッチ2をオンにしたときは、前記メイン電線Mを通じて出力端子6に電力が供給される一方、
前記断線を検出できる装置3の電圧入力端子31にメイン電線M内の電圧が入力され、電流入力端子32にメイン電線M内の電流値が入力され、しかして電圧が加わっているのに電流がゼロか予め設定された電流値よりも小さいときには、前記出力端子6から車載バッテリーVに対して通電していないとして、前記断線を検出できる装置3の出力接点の状態を変化させ、
この出力接点の状態変化を前記タイマーリレー装置4が検知して、所定時間後に前記電磁開閉式スイッチ2をオフ側に駆動して、出力端子への通電を遮断することによって、電気自動車用の充電装置におけるセーフティ機構を完成させた。
また、前記電磁開閉式スイッチの下流に電圧がかかっていることは、該電磁開閉式スイッチが入っていることと同義であるから、前記断線を検出できる装置3の入力として電磁開閉式スイッチの下流の電圧を用いる代わりに、前記電磁開閉式スイッチと連動して動作する補助接点の状態を用いるという技術的手段を採用することができる。
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて前記電磁開閉式スイッチの下流側の電圧と電流の計測値から断線と判断する断線を検出できる装置3とタイマーリレー装置4および充電開始スイッチ41を、駐車スペースに設置した該充電装置とは別の場所、たとえば駐車料金を精算する精算機内に設けるという技術的手段を採用することができる
本発明にあっては、電気自動車の車載バッテリーを充電する充電装置において、充電開始スイッチと;電磁開閉式スイッチと;断線を検出できる装置と;タイマーリレー装置と;出力端子を少なくとも具備して構成し、
充電開始スイッチを押して出力端子に電力を供給する一方、前記断線を検出できる装置が断線状態を検出したときには、前記タイマーリレー装置を駆動し、所定時間後に前記電磁開閉式スイッチをオフ側に駆動して、出力端子への通電を遮断することができる。
充電開始スイッチを押して出力端子に電力を供給する一方、前記断線を検出できる装置が断線状態を検出したときには、前記タイマーリレー装置を駆動し、所定時間後に前記電磁開閉式スイッチをオフ側に駆動して、出力端子への通電を遮断することができる。
すなわち、本発明のセーフティ機構によれば、充電操作手順を間違って充電開始スイッチを押してから充電ケーブルを接続しようとしても、あるいは充電開始スイッチが押されたままで放置されても、出力端子には電圧が遮断されているので、利用者の電気的な安全を確保することができ、かつ、接続プラグなどの機器の損傷を防止し、漏電の可能性も最小限にすることができ、またしかも、簡素な構造で低コストに製造可能であることから、産業上の利用価値は頗る大きいと云える。
本発明を実施するための形態を、具体的に図示した図面に基づいて、更に詳細に説明すると、次のとおりである。
本発明の実施形態を図1および図2に基づいて説明する。図中、符号1で指示するものは主電源スイッチであり、この主電源スイッチ1は、外部電源Pから供給される電力に対して、メイン電線Mを通電状態にするスイッチである。この主電源スイッチ1は、分電盤の中に収容することができ、この分電盤には、適宜、該主電源スイッチの下流に漏電スイッチを追加収容することもできる。
また、符号2で指示するものは電磁開閉式スイッチであり、この電磁開閉式スイッチ2は、前記主電源スイッチ1より下流の充電スタンド7内のメイン電線M内に設置され、電磁的に駆動して、更に下流への通電のオン/オフを切り替え可能なスイッチである。本実施形態では、この電磁開閉式スイッチ2は、充電開始スイッチ41をオンにして励磁回路に電圧を印加することによって駆動して開閉できるものを採用する。
更にまた、符号3で指示するものは断線を検出できる装置であり、この断線を検出できる装置3は、前記電磁開閉式スイッチの下流側の電圧の値を入力する電圧入力端子31と、メイン電線M内の電流地を入力する電流入力端子32を備えており、前記電磁開閉式スイッチの下流側に電圧がかかっている時に、メイン電線M内の電流値がゼロか予め設定された電流値よりも小さい値を検出したときに、出力接点42をオンまたはオフに変化させることができる。
更にまた、符号4で指示するものはタイマーリレー装置であり、このタイマーリレー装置4は、前記断線を検出できる装置3の出力接点の状態変化を検知したあと所定時間後に出力接点の状態を変化させ、これによって前記電磁開閉式スイッチの励磁回路を切り、該電磁開閉式スイッチをオフにすることができる。
更にまた、符号6で指示するものは出力端子であり、この出力端子6は、前記メイン電線Mの末端に配設され、前記車載バッテリーVへの充電ケーブルを接続可能である。
更にまた、符号5で指示するものは警報装置であり、この警報装置5は、前記断線を検出できる装置3からの断線信号Sとして出力接点の状態変化を検知すると、少なくともブザー音の発生またはランプの点灯によって回路に流れる電流が所定値以下であることを知らせることが可能である。
しかして、本発明は、電気自動車の車載バッテリーVを充電する充電装置におけるセーフティ機構であって、具体的な使用手順について以下に説明する。
まず、充電装置へのメイン電線Mが通電の状態で、充電開始スイッチ41を押して電磁開閉式スイッチ2の励磁回路を励磁して該電磁開閉式スイッチをオンにして、メイン電線Mを通じて出力端子6に電力を供給する。また、この際、適宜、電源ランプを点灯させることもできる。
本実施形態では、100〜200ボルト級の外部電源Pを採用するとともに、出力端子6にはコンセントを採用する。そしてコンセントに充電ケーブルで接続し電気自動車の充電端子と接続しておけば、充電開始スイッチの操作と同時に出力端子6に電圧が加わり、電気自動車の車載バッテリーVを充電することができる。
以上のように正常な充電の場合は、前記電磁開閉式スイッチの下流側の電圧と電流が十分あるので、断線を検出できる装置3の出力接点42の状態はオフである。
また、前記充電開始スイッチが押されていないときのように、前記電磁開閉式スイッチの下流側に電圧も、電流も無い時は、やはり断線を検出できる装置3の出力接点42の状態はオフである。
次いで、例えば、充電開始スイッチ41が押されていても出力端子6に充電ケーブルがまだ接続されていないか、あるいは外れていた場合、及び車載バッテリーVへの充電が完了している場合は、前記断線を検出できる装置3の電圧入力端子31には電圧が入力されるのに、電流入力端子32にはゼロか予め設定された電流値よりも小さい値が入力される。このときは、前記出力端子6から車載バッテリーVに対して通電していない場合なので、断線を検出できる装置3の出力接点42をオンに変化させる。
図3は、電磁開閉式スイッチ2の励磁回路を示すものである。プラス、マイナスの制御用電源の間に、充電開始スイッチ41と、断線を検出できる装置3が断線を検出した時に動作するタイマーリレー装置4の出力接点(b接点)44と電磁開閉式スイッチ2の励磁コイル45が接続されている。
一方、充電開始スイッチ41の下から分岐した回路には、断線検出器の出力接点42を経てタイマーリレー装置4が接続されている。さらに、該断線検出器の出力接点42と並列にタイマーリレー装置4のa接点46が接続されている。
これにより、タイマーリレー装置4が作動していないとき、すなわちその出力接点(b接点)44がオンの状態で、充電開始スイッチ41が押されると、該電磁開閉式スイッチの励磁コイル45が励磁されるので、同電磁開閉式スイッチ2がオンし、出力端子6への給電が行われる。
しかし、接続端子6にケーブル等を接続しないで充電開始スイッチ41をオンにすると、一旦は電磁開閉式スイッチ2がオンして電圧が出力端子6に出力されるが、電流が流れないことを断線を検出できる装置3が検知し、その出力端子の接点42をオン状態にする。
これによって、前記タイマーリレー装置4が動作を始め所定時間後(例えば30〜60秒後)にその出力接点 (b接点)44をオフにする。同時に断線を検出できる装置の出力回路42と並列に置かれたタイマーリレー装置4のa接点46がオンするので、タイマーリレー装置4は、オン状態を継続する。これにより、前記電磁開閉式スイッチ2の励磁回路が遮断されるので、該電磁開閉式スイッチはオフになり、出力端子6への通電を遮断する。
断線を検出できる装置3は、電磁開閉式スイッチ2が遮断されると、その入力回路への電圧、電流がともに無くなるので、該断線を検知できる装置の出力接点42がオフ状態に戻る。しかし、したがってタイマーリレー装置4のb接点44は開いたままとなり、電磁開閉式スイッチの励磁コイル45は引き続きオフを継続し、充電開始スイッチ41がオンのままでも、電気自動車への給電回路は絶たれたままである。
すなわち、断線を検出する装置があれば、出力端子6への給電は遮断されるので、充電が行われないまま、長時間電気自動車への出力回路に電圧がかかり続けることは無く、安全が確保される。
更に、当該タイマーリレー装置4の出力接点の状態変化を受信した警報装置5により警報状態を表示することもできる。
次に、断線を検出できる装置の動作による給電回路遮断のリセットは、充電開始スイッチ41を一旦切ることにより行われる。すなわち充電開始スイッチ41をオフすると、タイマーリレー装置4の励磁がとまるので、a接点46がオフし、b接点44がオンして、次の充電開始を待つ状態に戻る。
充電スタンドにおいて、他に想定される危険な状況は、充電中に車載バッテリーVとの接続ケーブルを切り離すことや、更にはいたずらや充電開始スイッチの切り忘れなどによって出力端子6が荷電のまま長時間放置されることである。また、充電スタンドがコンセント出力ではなく、ケーブルで出力される場合、プラグ部分が地上におかれたままで放置されると、降雨時で地表に水がたまっている場合など、漏電の危険や感電の危険が高くなる。本実施形態では、このようなケースでも断線を検出できる装置3は無電流を検出するので、その出力接点42がオンし、タイマーリレーが働いて電磁開閉式スイッチ2がオフして出力端子6への給電を遮断する。
さらに、警報装置5のブザーなどで接続遮断を利用者に知らせることができるし、タイマーリレー装置4の動作で一定時間後の自動的に電磁開閉式スイッチ2がオフする。このようにして、充電装置の出力端子6に、車載バッテリーVとの接続がないまま長時間電圧が出力することがなくなり、充電スタンドの安全が確保されるのである。
そして、正常な充電の停止は、充電開始スイッチ41のオフにより行われる。これにより電磁開閉式スイッチの励磁コイルへの電圧の供給が絶たれるので、電磁開閉式スイッチ2はオフし、出力端子6への電圧の出力がなくなり、充電開始前の状態に復帰する。
本発明は、概ね上記のように構成されるが、図示の実施形態に限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、出力端子6においては、プラグソケット式コンセントを使用した場合を例示したが、コンセントを用いずに、直接充電用ケーブルを出力用に使うこともできる。
以上の実施例では、断線を検出する装置の入力の一つとして、電磁開閉式スイッチ2の下流側の電圧を利用したが、そこに電圧が加わっていることと、該電磁開閉式スイッチがオンになっていることは同義なので、前記電圧の入力の代わりに、前記電磁開閉式スイッチの動作と連動する補助接点のオンまたはオフの情報を使っても良い。
さらに以上の実施例では、電磁開閉式スイッチ41、断線を検出できる装置3は、充電スタンド内に設けたが、主スイッチのある受電盤内に置き、その下流の配線とプラグソケット式コンセントの出力端子6みを充電ンスタンド内においても差し支えない。
さらに、精算機で駐車料金を計算する時間貸し駐車場においては、電磁開閉式スイッチの下流の電圧、電流あるいは電磁開閉式スイッチの補助接点の情報を駐車料金の精算機に送って、精算機本体で断線の有無を判別したり、タイマーリレーの役割をさせたりすることも可能である。
1 主電源スイッチ
2 電磁開閉式スイッチ
3 断線を検出できる装置
4 タイマーリレー装置
5 警報装置
6 出力端子
7 充電スタンド
S 断線信号
V 車載バッテリー
P 外部電源
M メイン電線
31 電圧入力端子
32 電流入力端子
32a 電流変成器
41 充電開始スイッチ
42 断線を検出できる装置の出力接点
44 タイマーリレーのb接点
45 電磁開閉式スイッチの励磁コイル
46 タイマーリレーのa接点
2 電磁開閉式スイッチ
3 断線を検出できる装置
4 タイマーリレー装置
5 警報装置
6 出力端子
7 充電スタンド
S 断線信号
V 車載バッテリー
P 外部電源
M メイン電線
31 電圧入力端子
32 電流入力端子
32a 電流変成器
41 充電開始スイッチ
42 断線を検出できる装置の出力接点
44 タイマーリレーのb接点
45 電磁開閉式スイッチの励磁コイル
46 タイマーリレーのa接点
Claims (3)
- 電気自動車の車載バッテリーVを充電する充電装置において、
外部電源に接続された主電源スイッチより下流のメイン電線M内に設置され、下流への通電のオン/オフを切り替え可能な電磁開閉式スイッチと;
該電磁開閉式スイッチの下流側配線の電圧を検出する電圧検出装置と、同下流側の電流を検出する電流検出装置と
該両装置の出力を入力として前記電磁開閉式スイッチの下流側に電圧がかかっていて、かつ流れる電流が予め設定された電流値よりも小さいときに出力接点をオンまたはオフに動作させるという断線を検出できる装置と;
同出力接点の動作を受けて動作を開始するタイマーリレー装置と;
前記電磁開閉式スイッチの下流側配線の末端に配設され、前記車載バッテリーVへの充電用ケーブルを接続可能な出力端子と;
充電を開始するための充電開始スイッチ
を少なくとも具備して構成されており、
上記充電開始スイッチをオンしたとき、出力端子に電力が供給される一方、
前記断線を検出できる装置が断線と判断したときの出力接点の状態変化で前記タイマーリレー装置を作動させ、所定時間後に前記電磁開閉式スイッチをオフにして、出力端子を遮断することを特徴とする電気自動車用の充電装置におけるセーフティ機構。 - 請求項1の電気自動車用のセーフティ機構において、充電開始スイッチと、前記電磁開閉式スイッチの下流側で検出した電圧と電流をもとに断線を判断する装置と、所定時間後に出力端子を遮断するタイマー装置を、充電スタンドの外部に設けたことを特徴とする電気自動車用の充電装置におけるセーフティ機構。
- 請求項1の電気自動車用のセーフティ機構において、断線を検出できる装置の入力として、電磁開閉式スイッチと連動して動作する補助接点の状態と電磁開閉式スイッチの下流の電流を検出する装置を用いることを特徴とする電気自動車用の充電装置におけるセーフティ機構。
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