JP2014235997A - 遮断装置および電力変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューズの定格遮断電流を超える過大な異常電流が流れた場合でも、異常電流を迅速に遮断することができる遮断装置、およびそれを用いた電力変換システムを提供する。
【解決手段】遮断装置１は、蓄電池２１を搭載した電動車両２に電力変換装置３が接続されることによって形成される直流電力の給電路４に挿入され、給電路４に異常電流が流れた際に当該異常電流を遮断する。給電路４は、電動車両２外において電力変換装置３と蓄電池２１との間に形成される。遮断装置１は、給電路４において直列に接続された第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池を搭載した電動車両に電力変換装置が接続されることによって電力変換装置と蓄電池との間に形成される直流電力の給電路に挿入される遮断装置、およびそれを用いた電力変換システムに関する。

近年、資源の制約や環境への配慮から、車両に搭載されている蓄電池を車両外部の充電器を用いて充電し、蓄電池に蓄積された電気エネルギーを用いて走行する電動車両が注目されている。この種の電動車両としては、電動機の出力によって走行する電気自動車（ＥＶ）や、エンジンの出力と電動機の出力とを組み合わせて走行するプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）などがある。

これらの電動車両の充電には、一般的に、本体から延びるケーブルと、ケーブルを車両に接続するためのコネクタ（充放電コネクタ）とを備えた充放電器が用いられる（たとえば特許文献１参照）。特許文献１に記載の充放電器は、ケーブルに流れる電流の電流値が所定値以上の場合に、当該電流を遮断する開閉器（電磁開閉器）がコネクタに設けられている。

また、異常電流（過電流）から回路を保護する構成として、限流ヒューズを用いることが知られている（たとえば特許文献２参照）。

特開２０１３−３１３４８号公報 特開平７−２５５１２２号公報

しかし、蓄電池の充電時および蓄電池の放電時には、電力変換装置と蓄電池との間に形成される給電路に高圧の直流電圧が印加されるので、限流ヒューズは、溶断後もしばらくはアークが持続する場合がある。とくに、給電路に短絡が生じた場合など、限流ヒューズに短絡電流のような定格遮断電流を超える過大な異常電流が流れると、限流ヒューズは、過大なエネルギー（アークエネルギー）が加わって損壊し、アークが持続して異常電流を遮断できない可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、ヒューズの定格遮断電流を超える過大な異常電流が流れた場合でも、異常電流を迅速に遮断することができる遮断装置、およびそれを用いた電力変換システムを提供する。

本発明の遮断装置は、蓄電池を搭載した電動車両に電力変換装置が接続されることによって前記電動車両外において前記電力変換装置と前記蓄電池との間に形成される直流電力の給電路に挿入され、当該給電路に異常電流が流れた際に当該異常電流を遮断する遮断装置であって、前記給電路において直列に接続された第１のヒューズと第２のヒューズとを備えることを特徴とする。

この遮断装置において、前記第１のヒューズと前記第２のヒューズとのうち少なくとも前記第１のヒューズは、前記異常電流が所定の下限値より大きく且つ所定の上限値より小さな過負荷電流となる過負荷時において、当該過負荷電流を所定時間内に遮断する特性を持つ過負荷保護用のヒューズであることが望ましい。

この遮断装置において、前記過負荷保護用のヒューズは、前記過負荷時に当該ヒューズの両端間に印加される印加電圧に比べて定格電圧が所定の余裕値以上大きく設定されていることがより望ましい。

この遮断装置において、前記第１のヒューズと前記第２のヒューズとは同じ特性のヒューズであることがより望ましい。

または、この遮断装置において、前記第１のヒューズは、前記過負荷時に溶断するまでに掛かる時間が前記第２のヒューズよりも短くなる特性のヒューズであることが望ましい。

この遮断装置において、前記第１のヒューズが溶断した後、前記第１のヒューズに与えられるエネルギーが前記第１のヒューズの耐用限界に達する前に、前記第２のヒューズが溶断するように、前記第２のヒューズの溶断特性が設定されていることがより望ましい。

または、この遮断装置において、前記第１のヒューズが溶断した後、前記第１のヒューズに与えられるエネルギーが前記第１のヒューズの耐用限界に達する前に、前記第２のヒューズが溶断して前記第１のヒューズのアークが消弧されるように、前記第２のヒューズの溶断特性が設定されていることが望ましい。

この遮断装置において、前記第１のヒューズと前記第２のヒューズとの一方は前記給電路の正極に挿入され、他方は前記給電路の負極に挿入されていることがより望ましい。

本発明の電力変換システムは、上記の遮断装置と、前記電力変換装置と、前記電力変換装置にケーブルを介して接続されており、前記電動車両に着脱可能に装着されることによって前記電力変換装置と前記蓄電池との間に前記給電路を形成するコネクタとを具備することを特徴とする。

この電力変換システムにおいて、前記遮断装置は前記コネクタに設けられていることが望ましい。

本発明は、給電路において直列に接続された第１のヒューズと第２のヒューズとを備えるので、ヒューズの定格遮断電流を超える過大な異常電流が流れた場合でも、異常電流を迅速に遮断することができる、という利点がある。

実施形態１の全体構成を示す概略ブロック図である。 実施形態１に係る電力変換システムの充電特性の説明図である。 実施形態１の変形例の全体構成を示す概略ブロック図である。

下記実施形態では、蓄電池を搭載した電動車両が接続される電力変換システム、およびそれに用いられる遮断装置について説明する。

電動車両は、車両に搭載されている蓄電池を車両外部の充電器を用いて充電し、蓄電池に蓄積された電気エネルギーを用いて走行する。以下では、電動機の出力によって走行する電気自動車（ＥＶ）を電動車両の例とするが、電動車両は電気自動車に限らず、たとえばエンジンの出力と電動機の出力とを組み合わせて走行するプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）などであってもよい。

また、下記実施形態では、電力変換システムは双方向に電力変換を行うことで電動車両の蓄電池の充電と放電との両方に用いられる構成とする。

つまり電力変換システムは、蓄電池の充電時には、商用電源（系統電源）や、住宅に付設されている太陽光発電設備等の発電設備から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換後の電力を電動車両に供給することで蓄電池の充電を行う。蓄電池の放電時には、電力変換システムは、蓄電池から放電された直流電力を交流電力に変換し、変換後の電力を住宅に供給することで住宅内の機器、設備への電力供給を行うＶ２Ｈ（Vehicle to Home）を実現する。ただし、電力変換システムは、蓄電池との間で電力の授受を行う構成であればよく、蓄電池の充電と放電とのいずれか一方のみを行う構成であってもよい。

また、以下では、蓄電池の充電方式としてＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）方式が採用されている場合を例に説明する。この充電方式では、電動車両に搭載されている電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）が残量や温度など蓄電池の状況に応じた充電電流値を計算する。電力変換システムは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信によって電動車両から充電電流値の指示を受け、指示に従って出力電流値を制御する。ただし、この例に限らず、下記実施形態に係る電力変換システムおよびコネクタは他の充電方式でも適用可能である。

（実施形態１）
本実施形態に係る遮断装置１は、図１に示すように、蓄電池２１を搭載した電動車両２に電力変換装置３が接続されることによって形成される直流電力の給電路４に挿入され、給電路４に異常電流が流れた際に当該異常電流を遮断する。給電路４は、電動車両２外において電力変換装置３と蓄電池２１との間に形成される。遮断装置１は、給電路４において直列に接続された第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とを備える。

本実施形態に係る電力変換システム１０は、上記の遮断装置１と、電力変換装置３と、コネクタ５とを具備する。コネクタ５は、電力変換装置３にケーブル６を介して接続されており、電動車両２に着脱可能に装着されることによって電力変換装置３と蓄電池２１との間に給電路４を形成する。

ここで、電力変換システム１０は、遮断装置１がコネクタ５に設けられていることが望ましい。

また、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とのうち少なくとも第１のヒューズ１１は、前記異常電流が過負荷電流となる過負荷時において、当該過負荷電流を所定時間内に遮断する特性を持つ過負荷保護用のヒューズであることが望ましい。前記過負荷電流は、所定の下限値より大きく且つ所定の上限値より小さな電流である。

この場合、前記過負荷保護用のヒューズは、前記過負荷時に当該ヒューズの両端間に印加される印加電圧に比べて定格電圧が所定の余裕値以上大きく設定されていることがより望ましい。

また、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とは同じ特性のヒューズであることがより望ましい。

以下、本実施形態の電力変換システム１０の概要について説明する。

電力変換装置３は、コネクタ５が電動車両２に装着された状態で、給電路４を介して蓄電池２１と電気的に接続され、蓄電池２１の充電時および放電時に電力変換を行う。電力変換装置３は、蓄電池２１の充電時には、商用電源等からの供給電力をたとえば５０〜６００Ｖの直流電力に変換し電動車両２に供給し、蓄電池２１の放電時には、蓄電池２１からの放電電力をたとえば１００Ｖの交流電力に変換し住宅に供給する。

なお、電力変換装置３は、建物の壁に取り付けられる壁掛け型であってもよいし、地面に設置される据え置き型であってもよい。

ケーブル６は、給電路４の一部を構成する一対の電源線を有している。これら一対の電源線は、充電時における電力変換装置３から蓄電池２１への電力供給、および放電時における蓄電池２１から電力変換装置３への電力供給に用いられる。なお、ケーブル６は、一対の電源線の他に、通信線（図示せず）を有している。コネクタ５が電動車両２に装着された状態では、通信線はコネクタ５を介して電動車両２に接続され、電力変換装置３は通信線を通して電動車両２との間で通信可能となる。

コネクタ５は、ケーブル６の先端に接続されており、電動車両２に設けられている接続口としてのインレット（図示せず）に取り外し自在に装着される。コネクタ５は、インレットと電気的に接続されることによって、ケーブル６の電源線および通信線を電動車両２に電気的に接続する。したがって、コネクタ５は、電動車両２に装着された状態で、電力変換装置３と蓄電池２１との間に給電路４を形成する。

ここでいう給電路４は、上述したように電力変換装置３と蓄電池２１との間に形成される給電路のうち、電動車両２外に形成される部分であって、ケーブル６とコネクタ５とで構成される。言い換えれば、給電路４は、電力変換装置３のケーブル６が接続された端子（図示せず）と電動車両２との間に形成される。また、給電路４は、直流電力の給電用であるから、蓄電池２１の正極につながる高電位側（正極）の電路と、蓄電池２１の負極につながる低電位側（負極）の電路とからなる一対の電路である。

本実施形態の電力変換システム１０では、コネクタ５は遮断装置１を内蔵している。つまり、遮断装置１は、コネクタ５内の給電路４に挿入されるように設けられている。遮断装置１について、詳しくは後述する。

なお、コネクタ５は、電動車両２に装着された状態を機械的に保持するラッチ機構（図示せず）と、ラッチ機構の動作を規制するロック機構（図示せず）とを備えている。コネクタ５は、蓄電池２１の充電中および放電中にはロック機構をロック状態とすることによってラッチ機構のラッチ状態が解除されることを禁止し、電動車両２からの抜け止めが為される。

一方、電動車両２は、蓄電池２１の他、コネクタ５が接続されるインレットと蓄電池２１との間に挿入されたメインヒューズ２２を備えている。メインヒューズ２２は、ここでは蓄電池２１の正極とインレットとの間に挿入されている。メインヒューズ２２は、遮断装置１を構成する第１のヒューズ１１や第２のヒューズ１２に比べて、定格電流が十分に大きなヒューズからなる。そのため、給電路４に異常電流が流れた際には、電動車両２のメインヒューズ２２が溶断する前に、遮断装置１によって異常電流が遮断される。

なお、電力変換装置３の内部にも、異常電流から回路を保護するための構成として、遮断装置１とは別にヒューズが設けられていてもよい。

図２は、上述した電力変換システム１０による蓄電池２１の充電特性の一例を示している。図２の例では、電力変換システム１０は、蓄電池２１の残容量（蓄電量）が所定量未満であれば定電流充電を行い、残容量が所定量に達すると定電圧充電を行う。ここでは、蓄電池２１の電圧は蓄電池２１の残容量に応じて変化する。そのため、図２の例では、電力変換システム１０は、蓄電池２１の電圧が４５０Ｖ付近に達するまでは２０Ａの充電電流で蓄電池２１を充電し、蓄電池２１の電圧が４５０Ｖ付近に達すると充電電圧が４５０Ｖを超えないように充電電流を低下させている。この例の場合、蓄電池２１の充電時において正常であれば給電路４に流れる最大電流は２０Ａである。

また、上述した電力変換システム１０は、蓄電池２１の放電時、つまり住宅内の機器、設備への電力供給を行う際には、蓄電池２１の放電電力が一定となるように、あるいは負荷に応じて放電電流を変化させるように、蓄電池２１の放電を行う。以下では、説明を簡単にするため、蓄電池２１の充電時と放電時との両方を合わせても、正常時に給電路４を流れる電流は最大で２０Ａであると仮定する。

ところで、本実施形態の遮断装置１は、上述したように電動車両２に電力変換装置３が接続されることによって電力変換装置３−蓄電池２１間に形成される直流電力の給電路４に挿入され、給電路４に異常電流が流れた際に当該異常電流を遮断する。

ここでいう異常電流は、正常時に給電路４に流れる最大電流を超える過大な電流であって、たとえばケーブル６の絶縁劣化により給電路４の正極と負極とが短絡要素７を介して短絡した際に発生する。つまり、この場合、蓄電池２１の充電時と放電時とのいずれであっても、蓄電池２１が電源となり遮断装置１および短絡要素７を通して給電路４には過大な短絡電流が流れるため、この短絡電流が異常電流となる。なお、電力変換装置３は、充電電流の異常を検出して充電電流の出力を停止する機能を有しており、蓄電池２１の充電時であれば、この機能によって電力変換装置３からの電流出力は停止する。

また、蓄電池２１の放電時において、たとえば電力変換装置３の故障や、電力変換装置３から電力供給を受ける住宅内の機器、設備が過負荷である場合、蓄電池２１が電源となり遮断装置１および電力変換装置３を通して給電路４には過大な過負荷電流が流れる。この場合には、過負荷電流が異常電流となる。過負荷電流は、詳しくは後述するが、短絡電流に比べれば小さな電流である。

以下では、給電路４に上述のような短絡電流が流れる短絡状態、あるいは上述のような過負荷電流が流れる過負荷状態を、給電路４に流れる異常電流を遮断装置１が遮断する場合の例として説明する。ただし、給電路４に異常電流が流れるのはこれらの場合に限らず、たとえば蓄電池２１の充電時にコネクタ５と電動車両２との接続部位において短絡が生じた場合、電力変換装置３が電源となり遮断装置１を通して給電路４には過大な電流（異常電流）が流れる。そのため、この場合にも遮断装置１は給電路４に流れる異常電流を遮断するよう機能する。

本実施形態では、遮断装置１は、図１に示すように、給電路４の高電位側（正極）に挿入され、直列に接続された第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２との２個のヒューズからなる。

ここでは一例として、第１のヒューズ１１および第２のヒューズ１２の各々は、正常時に給電路４を流れる最大電流（２０Ａ）の２倍である４０Ａを定格電流とする。定格電流は、ヒューズエレメント（可溶体）の溶断特性を規定する電流であって、ヒューズに流れてもヒューズエレメントが溶断しない大きさの電流である。一般的に、ヒューズは、たとえば定格電流の１３５％の電流では６０分以内にヒューズエレメントが溶断する、というように定格電流を用いて溶断特性が定められている。

第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２との各々は限流ヒューズからなる。ここでいう限流ヒューズは、容器（管）内のヒューズエレメントの周りに消弧剤が充填されており、ヒューズエレメントの溶断後、比較的高いアーク電圧を発生して過電流の上昇を制限するヒューズである。ただし、遮断装置１は、少なくとも第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とを含んでいればよく、直列に接続された３個以上のヒューズを備えていてもよい。

遮断装置１は、このように第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とが直列に接続されて給電路４に挿入されているので、各ヒューズ１１，１２の定格遮断電流を超える過大な異常電流が流れた場合でも、異常電流を迅速に遮断できる。ここでいう定格遮断電流は、ヒューズエレメントの溶断後に発生するアークを消弧して電流を遮断できることが保証されている最大電流であって、定格電流よりも十分に大きな電流である。

すなわち、単体のヒューズでは、短絡状態などで定格遮断電流を超える過大な異常電流が流れると、過大なエネルギー（アークエネルギー）が加わって損壊し（容器が割れ）、アークが持続することになり異常電流を迅速に遮断できない可能性がある。これに対して、本実施形態の遮断装置１は、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とが直列に接続されているので、短絡状態などで定格遮断電流を超える過大な異常電流が流れても、遮断装置１に加わるエネルギーが各ヒューズ１１，１２に分散される。したがって、遮断装置１は、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２との各々に加わるエネルギーを小さく抑えることができ、各ヒューズ１１，１２の損壊を回避できる。その結果、遮断装置１は、アークを持続させないよう速やかに消弧して異常電流を迅速に遮断できる、という利点がある。

ここにおいて、限流ヒューズは、異常電流が定格電流を超過していても定格電流付近の小電流域にあれば、アークを消弧するために必要なエネルギーを十分に確保できず、異常電流を遮断できないことがある。しかし、本実施形態の遮断装置１は、短絡状態などで定格遮断電流を超える過大な異常電流が流れると、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とが略同時に溶断するため、各ヒューズ１１，１２に印加される電圧が低くなる。各ヒューズ１１，１２に印加される電圧が低くなると、異常電流は増加して上記の小電流域を脱するので、結果的に、遮断装置１はアークを迅速に消弧可能である。要するに、遮断装置１は、短絡状態などで定格遮断電流を超える過大な異常電流が流れると、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２との両方で異常電流を遮断する。

また、給電路４に過負荷電流が流れる過負荷状態においては、遮断装置１は、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２との一方で異常電流を遮断する。ここでいう過負荷電流は、定格電流より大きいものの定格遮断電流および短絡電流よりは小さな電流であって、所定の下限値より大きく且つ所定の上限値より小さな電流である。ここで、下限値および上限値は、上述したような定格電流付近の小電流域の下限値および上限値とする。

遮断装置１は、過負荷時（過負荷状態）において定格電流を超える過負荷電流（異常電流）が流れると、まず第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とのいずれか一方が溶断する。これにより、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とのうち溶断した（一方の）ヒューズにアークが発生して、給電路４を流れる異常電流は減少するので、他方のヒューズは溶断に至らない。ただし、この場合、溶断した（一方の）ヒューズにおいては、アークを迅速に消弧して異常電流を遮断する性能が求められるので、本実施形態の遮断装置１は以下のような構成を採用する。

すなわち、本実施形態の遮断装置１は、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とのうち少なくとも第１のヒューズ１１が、過負荷時において、過負荷電流を所定時間内に遮断する特性を持つ過負荷保護用のヒューズである。

このような特性を持つ過負荷保護用のヒューズとしては、ヒューズエレメントが溶断する全電流域において電流の遮断（アークの消弧）が可能な全領域遮断ヒューズ（広域ヒューズ）がある。ただし、全領域遮断ヒューズは比較的高価であるので、本実施形態では、過負荷保護用のヒューズは、過負荷時にヒューズの両端間に印加される印加電圧に比べて定格電圧が所定の余裕値以上大きく設定されている構成とする。言い換えれば、遮断装置１は、定格電圧が印加電圧に対して十分に高くなるように印加電圧に対し十分な余裕を持つ定格電圧のヒューズを過負荷保護用のヒューズとして用いている。

具体例を挙げると、蓄電池２１の電圧が最大４５０Ｖ（図２参照）である場合、過負荷保護用のヒューズは、過負荷時の印加電圧が４５０Ｖ程度になるので、この印加電圧に対し十分な余裕を持つように、定格電圧がたとえば７５０Ｖのヒューズが用いられる。このように印加電圧に対し定格電圧が十分な余裕を持つ過負荷保護用のヒューズは、印加電圧に対して十分な余裕のないヒューズに比べて、アークを消弧可能な電流域が広くなる。そのため、過負荷保護用のヒューズは、上述したような過負荷時においても、過負荷電流（異常電流）を所定時間内に遮断することが可能である。

また、本実施形態では、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とは同じ特性のヒューズである。つまり、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とは、いずれも同じ特性を持つ過負荷保護用のヒューズであり、ここでは印加電圧に対し定格電圧が十分な余裕を持つヒューズである。そのため、遮断装置１は、過負荷時において、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とのどちらが溶断しても、溶断したヒューズにおいて、アークを迅速に消弧して異常電流を遮断することが可能である。

以上説明した本実施形態の遮断装置１によれば、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とが直列に接続されて給電路４に挿入されているので、各ヒューズ１１，１２の定格遮断電流を超える過大な異常電流が流れた場合でも、異常電流を迅速に遮断できる。

また、電力変換システム１０は、このような遮断装置１がコネクタ５に設けられているので、たとえばケーブル６で絶縁劣化により短絡が生じたような場合でも、遮断装置１によって異常電流を迅速に遮断することが可能である。

さらに、遮断装置１は、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とのうち少なくとも第１のヒューズ１１が、過負荷時において過負荷電流を所定時間内に遮断する特性を持つ過負荷保護用のヒューズであるので、過負荷時においても異常電流を迅速に遮断できる。

また、遮断装置１は、印加電圧に対し十分な余裕を持つ定格電圧のヒューズを過負荷保護用のヒューズとして用いるので、全領域遮断ヒューズに比べて安価なヒューズを用いることができる。

さらにまた、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とは同じ特性のヒューズであるので、遮断装置１は、過負荷時において、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とのどちらが溶断しても、溶断した方のヒューズにおいて異常電流を確実に遮断できる。

ところで、本実施形態の変形例として、遮断装置１は、図３に示すように、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２との一方が給電路４の正極（高電位側）に挿入され、他方は給電路４の負極（低電位側）に挿入されている構成であってもよい。図３では、第１のヒューズ１１は給電路４の正極に挿入され、第２のヒューズ１２は給電路４の負極に挿入されている。

このように、遮断装置１は、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とが給電路４の正極と負極とに分かれて挿入された構成では、短絡状態などで定格遮断電流を超える過大な異常電流が流れた際に両切りのヒューズとして機能する。つまり、短絡状態などにおいては、遮断装置１は、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２との両方が略同時に溶断するので、給電路４の正極と負極との両方で異常電流を遮断することができる。

（実施形態２）
本実施形態の遮断装置１は、第１のヒューズ１１が、過負荷時に溶断するまでに掛かる時間が第２のヒューズ１２よりも短くなる特性のヒューズである点で、実施形態１の遮断装置１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

すなわち、実施形態１では、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とは同じ特性を持つ過負荷保護用のヒューズであったのに対し、本実施形態では、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とは異なる特性のヒューズである。本実施形態では、遮断装置１は、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とのうち第１のヒューズ１１のみが、過負荷時において過負荷電流を所定時間内に遮断する特性を持つ過負荷保護用のヒューズである。具体的には、遮断装置１は、印加電圧に対し十分な余裕を持つ定格電圧（たとえば７５０Ｖ）のヒューズを第１のヒューズ１１とし、印加電圧に対し十分な余裕のない定格電圧（たとえば５００Ｖ）のヒューズを第２のヒューズ１２として用いる。

ここにおいて、第１のヒューズ１１は、過負荷時に溶断するまでに掛かる時間が第２のヒューズ１２よりも短くなるように、たとえば定格電流が第２のヒューズ１２より低いヒューズからなる。あるいは、遮断装置１は、定格電流が同じであっても、耐ラッシュ型、タイムディレー型、速断型など、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とで溶断特性の異なるヒューズを用いることで、過負荷時に溶断するまでに掛かる時間差を設定してもよい。

上記構成の遮断装置１によれば、短絡状態などで定格遮断電流を超える過大な異常電流が流れた際には、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とが略同時に溶断するため、実施形態１の遮断装置１と同様に異常電流を遮断することができる。なお、短絡状態などにあっては、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とで溶断するタイミングに時間差があったとしても、その時間差はたとえば１０ｍｓ以下程度であり、ここでは略同時とみなす。

これに対して、給電路４に過負荷電流が流れる過負荷状態においては、遮断装置１は、第１のヒューズ１１で異常電流を遮断する。つまり、遮断装置１は、過負荷時（過負荷状態）において定格電流を超える過負荷電流（異常電流）が流れると、まず第１のヒューズ１１が溶断する。これにより、第１のヒューズ１１にアークが発生して、給電路４を流れる異常電流は減少するので、第２のヒューズ１２は溶断に至らない。第１のヒューズ１１は、過負荷時において、過負荷電流を所定時間内に遮断する特性を持つ過負荷保護用のヒューズであるので、アークを迅速に消弧して異常電流を遮断することができる。

以上説明した本実施形態の遮断装置１によれば、第１のヒューズ１１が、過負荷時に溶断するまでに掛かる時間が第２のヒューズ１２よりも短いので、一方のヒューズで異常電流を遮断する過負荷時には、常に第１のヒューズ１１で異常電流を遮断する。そのため、遮断装置１は、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とのうち第１のヒューズ１１のみが過負荷保護用のヒューズであればよく、第２のヒューズ１２には過負荷保護用でない通常のヒューズを採用できる。

ところで、本実施形態において、第１のヒューズ１１が溶断した後、第１のヒューズ１１に与えられるエネルギーが第１のヒューズ１１の耐用限界に達する前に、第２のヒューズ１２が溶断するように、第２のヒューズ１２の溶断特性が設定されることが望ましい。

すなわち、遮断装置１は、短絡状態などで第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２との両方が溶断することがあるが、第１のヒューズ１１と第２のヒューズ１２とで溶断するタイミングの時間差について上記のように設定されることが望ましい。これにより、遮断装置１は、第１のヒューズ１１が溶断後、第１のヒューズ１１に与えられるエネルギーが第１のヒューズ１１の耐用限界に達する前に第２のヒューズ１２が溶断して異常電流を遮断できる。したがって、遮断装置１は、第１のヒューズ１１の溶断後、第１のヒューズ１１に加わるエネルギーが容器（管）の耐用限界を超えて第１のヒューズ１１が破損することを回避できる。

また、遮断装置１は、第２のヒューズ１２の溶断後、第１のヒューズ１１に生じるアークが消弧されるまでに第１のヒューズ１１に与えられるエネルギーも含めて耐用限界を超えないように、第２のヒューズ１２の溶断特性が設定されることがより望ましい。つまり、第１のヒューズ１１が溶断した後、第１のヒューズ１１に与えられるエネルギーが第１のヒューズ１１の耐用限界に達する前に、第２のヒューズ１２が溶断して第１のヒューズ１１のアークが消弧されるように、第２のヒューズ１２の溶断特性が設定される。

この場合、遮断装置１は、第１のヒューズ１１の溶断後、第１のヒューズ１１に加わるエネルギーが耐用限界を超えて第１のヒューズ１１が破損することをより確実に回避できる。

なお、遮断装置１は、電動車両２に電力変換装置３が接続されることにより電動車両２外において電力変換装置３と蓄電池２１との間に形成される給電路４に挿入されていればよく、上記各実施形態のようにコネクタ５に設けられる構成に限らない。電力変換システム１０は、たとえばケーブル６に遮断装置１が設けられていてもよい。

１ 遮断装置
１１ 第１のヒューズ
１２ 第２のヒューズ
２ 電動車両
２１ 蓄電池
３ 電力変換装置
４ 給電路
５ コネクタ
６ ケーブル
１０ 電力変換システム

Claims (10)

1. 蓄電池を搭載した電動車両に電力変換装置が接続されることによって前記電動車両外において前記電力変換装置と前記蓄電池との間に形成される直流電力の給電路に挿入され、当該給電路に異常電流が流れた際に当該異常電流を遮断する遮断装置であって、
   前記給電路において直列に接続された第１のヒューズと第２のヒューズとを備える
   ことを特徴とする遮断装置。
2. 前記第１のヒューズと前記第２のヒューズとのうち少なくとも前記第１のヒューズは、前記異常電流が所定の下限値より大きく且つ所定の上限値より小さな過負荷電流となる過負荷時において、当該過負荷電流を所定時間内に遮断する特性を持つ過負荷保護用のヒューズである
   ことを特徴とする請求項１に記載の遮断装置。
3. 前記過負荷保護用のヒューズは、前記過負荷時に当該ヒューズの両端間に印加される印加電圧に比べて定格電圧が所定の余裕値以上大きく設定されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の遮断装置。
4. 前記第１のヒューズと前記第２のヒューズとは同じ特性のヒューズである
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の遮断装置。
5. 前記第１のヒューズは、前記過負荷時に溶断するまでに掛かる時間が前記第２のヒューズよりも短くなる特性のヒューズである
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の遮断装置。
6. 前記第１のヒューズが溶断した後、前記第１のヒューズに与えられるエネルギーが前記第１のヒューズの耐用限界に達する前に、前記第２のヒューズが溶断するように、前記第２のヒューズの溶断特性が設定されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の遮断装置。
7. 前記第１のヒューズが溶断した後、前記第１のヒューズに与えられるエネルギーが前記第１のヒューズの耐用限界に達する前に、前記第２のヒューズが溶断して前記第１のヒューズのアークが消弧されるように、前記第２のヒューズの溶断特性が設定されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の遮断装置。
8. 前記第１のヒューズと前記第２のヒューズとの一方は前記給電路の正極に挿入され、他方は前記給電路の負極に挿入されている
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の遮断装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の遮断装置と、
   前記電力変換装置と、
   前記電力変換装置にケーブルを介して接続されており、前記電動車両に着脱可能に装着されることによって前記電力変換装置と前記蓄電池との間に前記給電路を形成するコネクタとを具備する
   ことを特徴とする電力変換システム。
10. 前記遮断装置は前記コネクタに設けられている
    ことを特徴とする請求項９に記載の電力変換システム。

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