JP2016171736A

JP2016171736A - 車両充電装置及び装置の内部回路の保護方法

Info

Publication number: JP2016171736A
Application number: JP2015223704A
Authority: JP
Inventors: チャンジュンイム; Chang Jun Im
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2016-09-23
Also published as: EP3068004A1; KR20160109410A; US20160264012A1; CN105978051A

Abstract

【課題】車両充電中に短絡や地絡のような充電妨害要素の発生を感知して充電装置内部のリレー回路を保護する装置を提供する。【解決手段】車両を充電するための電力を供給するために外部電源と車両との間に連結される車両充電装置であって、車両に供給される電流の正常範囲の可否を感知するための感知部と、感知部を通過した電流が車両側に供給されることを選択的に遮断するリレー部と、リレー部と並列に連結されて感知部を通過した電流に対するバイパス回路を選択的に形成するバイパス部と、感知部を介して測定される電流値に応じてバイパス部とリレー部の動作を制御する制御部と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は車両用充電装置において、地絡や短絡電流から内部回路を保護するための回路に関するものであって、特にリレー回路がオフする前にＭＯＳＦＥＴＡＣスイッチによって迅速にバイパス経路が形成されるようにすることで、リレー回路が融着することを未然に防止する装置及びその保護法方に関するものである。

電気自動車とは電気を使用して運行される自動車を意味するものであって、大きく純粋電気自動車（ＢａｔｔｅｒｙＰｏｗｅｒｅｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）とハイブリッド電気自動車（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）とで区分される。ここで純粋電気自動車とは、化石燃料を利用せずに電気のみを使用して走向する自動車であって、一般に電気自動車と称される。そして、ハイブリッド電気自動車は電機及び化石燃料を使用して走向することを意味する。そして、このような電気自動車には走向のための電気を供給するバッテリが具備される。特に、純粋電気自動車及びプラグイン（Ｐｌｕｇ−ｉｎ）タイプのハイブリッド電気自動車は外部の電源から供給される電力を利用してバッテリを充電し、バッテリに充電された電力を利用して電気モータを駆動する。

家庭などに具備されたソケットが提供する６０Ｈｚの商用グリッド電力を利用して電気自動車を充電する際、車両充電装置が使用される。

この電気自動車の車両充電装置は電気自動車に連結されるコネクタとソケットに連結されるプラグ、このコネクタとプラグとの間を連結する電力線を含む。

車両充電装置は多様な環境で利用されるため、電気自動車の安定的な充電を提供する保護回路が車両充電装置に具備される。ケーブル設置型充電制御装置はユーザによっては電力線との分離が容易ではないように電力線と一体として付着される。ケーブル設置型充電制御装置が電気自動車の安定的な充電を提供するためには、ケーブル設置型充電制御装置自体が外部温度、外部湿度、振動、衝撃などに強い要求事項を満足する必要がある。

特に、車両充電装置はその内部に車両へと地絡又は短絡電流が伝達されないようにするためにサーキットブレーカー（ｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒ）を具備しているが、サーキットブレーカーは一度トリップされると手動でリセットしなければならない短所がある。

よって、長時間の充電が必要な状況で充電装置の動作をユーザが随時に監視する場合が少ないため、トリップされて充電が中止された状態であれば電気自動車を使用する際に未充電による不便が生じる。

本発明は上述した問題点を解決するために提案されるものであって、車両充電中に短絡や地絡のような充電妨害要素が発生すればそれを感知して充電装置内部のリレー回路を保護する装置とその保護方法を提案する。

また、短絡や地絡のような充電妨害要素が除去されれば充電装置による車両の充電が正常に復帰するようにする装置とその方法を提案する。

実施例による車両充電装置は、車両を充電するための電力を供給するために外部電源と前記車両との間に連結される車両充電装置であって、前記車両に供給される電流の正常範囲の可否を感知するための感知部と、前記感知部を通過した電流が前記車両側に供給されることを選択的に遮断するリレー部と、前記リレー部と並列に連結されて前記感知部を通過した電流に対するバイパス回路を選択的に形成するバイパス部と、前記感知部を介して測定される電流値に応じて前記バイパス部とリレー部の動作を制御する制御部と、を含む。

また、実施例による車両充電装置の内部回路の保護法方は、リレー回路のオン又はオフスイッチング動作によって車両を充電するための電流が選択的に提供されるようにする車両充電装置の内部回路の保護法方であって、前記車両充電装置内に提供される電流の異常可否を感知するステップと、前記感知結果に応じて前記リレー回路と並列に連結されるバイパス回路を形成するステップと、前記バイパス回路が形成される間に前記リレー回路のスイッチング動作が行われるステップと、を含む。

提案されるような実施例によって、車両充電装置内に過電流のような異常電流が提供される際、トランジスタによる電気的なＡＣスイッチング動作でリレー回路側に過電流が供給されることを迅速に迂回することができる長所がある。

また、ＭＯＳＦＥＴＡＣスイッチのターンオンによって過電流が迂回する間に安定的にリレー回路のスイッチング動作が行われるため、リレー回路のスイッチ融着による車両への過電流の供給が発生することを未然に防止することができる長所がある。

本実施例による充電装置が使用される環境を示す図である。本実施例の車両充電装置の構成を説明するための図である。本実施例のバイパス部の構成を説明するための図である。本実施例による車両充電装置の回路保護法方を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施例について添付した図面を参照して詳細に説明する。本発明は物理的にスイッチングされるリレー部に連結される１次側と２次側それぞれに電気的なスイッチングが可能なＭＯＳＦＥＴＡＣスイッチをそれぞれ設けることで、短絡やアース線による過電流の流入される際、機械的なリレー部の動作の前にＭＯＳＦＥＴＡＣスイッチによる過電流のバイパス経路を形成することを特徴とする。

図１は、本実施例による充電装置が使用される環境を示す図である。

図１には車両充電装置を利用した一般的な環境を示されている。車両充電装置は車両１０と住宅２０の電源コンセントとの間に充電ケーブルを接続することで、車両１０に搭載された蓄電装置を車両外部の使用電源（例えば、系統電源）によって充電するようにする。以下、車両外部の電源を「電力供給源」又は「外部電源」と称し、電力供給源又は外部電源による車両の充電を「外部充電」と称する。

実施例の車両充電装置は、リレー回路とパイロット回路を含むＣＣＩＤ（ＣｈａｒｇｉｎｇＣｉｒｃｕｉｔＩｎｔｅｒｒｕｐｔＤｅｖｉｃｅ）１２０と、外部電源に連結されるグリッドプラグ１４０と、グリッドプラグ１４０とＣＣＩＤ１２０を連結するグリッドケーブル１３０と、車両１０に接続されるカプラ１１０と、カプラ１１０とＣＣＩＤ１２０を連結するカプラケーブル１１１を含む。

車両１０はカプラ１１０が接続される充電口を含み、カプラケーブル１１１及びカプラ１１０を介して供給される電力を充電するための充電装置を含む。そして、車両１０にはＣＣＩＤ１２０と通信するための通信装置が設けられてＣＣＩＤ１２０と通信する。例えば、車両１０の状態をＣＣＩＤ１２０に伝達するかＣＣＩＤ１２０の充電に関する制御命令に従う。

また、ＣＣＩＤ１２０は外部電源を利用した車両充電を制御するための役割を行い、外部電源の供給を遮断するか許容するＣＣＩＤリレーと、車両又は外部電源の状態を確認するためのパイロット回路を含む。

ここで、ＣＣＩＤリレーはパイロット回路によってオン／オフされ、パイロット回路は車両１０の充電ＥＣＵにパイロット信号を出力する。そして、このパイロット信号は充電ケーブル（グリッドケーブル、コネクタケーブル）の電流許容値（定格電流）を車両１０の充電ＥＣＵに通知すると共に、充電ＥＣＵによって操作されるパイロット信号の電位に基づいて車両１０の状態を検地するための信号である。

そして、パイロット回路はパイロット信号の電位変化に基づいてＣＣＩＤリレーを制御する。

ＣＣＩＤを車両充電装置と称することもでき、以下ではリレー回路又はリレー部を含むＣＣＩＤ、即ち車両充電装置の回路保護方法を詳細に説明する。

図２は、本実施例の車両充電装置の構成を説明するための図である。

図２を参照すると、車両充電装置側に提供されるＡＣ電流をモニタリングするための感知部２１０と、車両１０側に電源が供給されることを物理的スイッチ素子を利用して選択的に遮断するリレー部２２０と、感知部２１０を介してセンシングされる電流のモニタリング結果に応じてリレー部２２０の動作を制御するメイン制御部２５０を含む。

また、実施例の車両充電装置はリレー部２２０の入力側と出力側にそれぞれ並列に連結される一対のバイパス部を含み、バイパス部はリレー部２２０にそれぞれ並列に連結される第１バイパス部２３０と第２バイパス部２４０を含む。

そして、メイン制御部２５０は感知部２１０によって過電流が流入されると判断する場合、第１及び第２バイパス部２４０の動作をオン／オフするバイパス制御部２６０に電気的信号を伝達する。そして、バイパス制御部２６０は第１及び第２バイパス部２４０をオンすることで過電流がリレー部２２０に流入されることを最小化する。

バイパス部それぞれはＡＣ電流に対して通電回路を形成するために一対のＭＯＳＦＥＴを含み、バイパス制御部２６０から伝達される電気信号によってオン／オフされる電気的スイッチとして迅速にその動作が制御される。

詳しくは、バイパス制御部２６０の制御信号に応じて第１バイパス部２３０と第２バイパス部２４０それぞれを構成するＭＯＳＦＥＴがターンオンされることで、リレー部２２０と並列に連結されるバイパスラインが形成される。

リレー部２２０の回路抵抗が１００ｍΩ程度であるとすると、ＭＯＳＦＥＴＡＣスイッチで形成されたバイパス部２３０，２４０の場合には１／１０水準の１０ｍΩ程度の抵抗を有する。よって、抵抗が小さいバイパス部の方に電流が流れるため、リレー部２２０には非常に少ない電流のみが流れるようになる。

よって、バイパス部２３０，２４０によってリレー部２２０の機械的なスイッチングオフ時間の余裕が生じる。

そして、バイパス部２３０，２４０がターンオンされることによって過電流の殆どがバイパスラインに流れる間にバイパス制御部２６０はリレー制御部２７０にリレーオン命令を伝達し、リレー制御部２７０は過電流が流れないリレー部２２０のスイッチをオープンして充電装置内の過電流が車両側に提供されないようにする。

リレー制御部２７０は、例えば１０ｍｓの時間が経過した後にリレー部のスイッチングをオープンする。このような各構成の動作を介してリレー部２２０が安定的にオープンする時間的余裕を与えるが、これはリレー部２２０の機械的なスイッチの融着などの問題を避ける長所がある。

一方、メイン制御部２７０は感知部２１０によってセンシングされるＡＣ電流が安定的範囲内に入ると、バイパス制御部２６０を介してバイパス部をターンオフしてバイパスラインを除去し、リレー制御部２７０を介してリレー部をクローズ（オン）することで正常な車両充電が持続されるようにする。そして、メイン制御部２５０はリレー部２２０と連結されるリレー状態監視部２８０と連結され、リレー状態監視部２８０から伝達されるリレー部の状態（クローズ又はオープン状態可否など）を確認する。

上述した説明では車両充電装置内の回路の動作を制御するための構成としてメイン制御部、バイパス制御部及びリレー制御部を説明したが、それらの制御部は必ずしも別途の物理的構成で形成されるべきではなく、実施例によっては単一のチップで具現される。

図３は、本実施例のバイパス部の構成を説明するための図である。

図３を参照すると、実施例の第１及び第２バイパス部２３０，２４０はリレー部の入力側と出力側にそれぞれ並列に連結され、電気信号によってターンオンされる一対のＭＯＳＦＥＴ回路を含む。

第１バイパス部２３０の場合を説明すると、第１ＭＯＳＦＥＴ２３２と第２ＭＯＳＦＥＴ２３３のソースが連結されるように構成され、第１及び第２ＭＯＳＦＥＴ２３２，２３３にはバイパス制御部から伝達される電気的信号を伝達される受信部２３１としてオプトカプラが構成される。

例えば、バイパス制御部２６０から電気信号が伝達されるとオプトカプラ２３１の光源となるＬＥＤ素子が発光し、光検出器となるフォトトランジスタが光によってターンオンされることで、フォトトランジスタと連結された第１及び第２ＭＯＳＦＥＴ２３２，２３３がリレー部２３０と電気的に並列連結される。

第２バイパス部２４０の場合も同じである。

このような光信号によって複数のＭＯＳＦＥＴ回路がターンオンされることで、過電流を感知したら早い時間内にバイパス回路が構成される。一方、オプトカプラを構成する光検出器であるフォトトランジスタの一側は各ＭＯＳＦＥＴのグラウンドとソース側に連結されるように構成される。ＭＯＳＦＥＴは車両充電装置内にＡＣ電流が流れるため、複数個が構成されるべきである。

以下、上述した車両充電装置による回路保護方法をフローチャートと共に説明する。

図４は、本実施例による車両充電装置の回路保護法方を説明するフローチャートである。

まず、感知部２１０によって異常電流が充電装置の内部に流入されるのか否かを感知するＳ１００。例えば、車両側とプラグと連結された電力供給源の地絡による過電流又はショートによる過電流が流入されるのか否かを感知する。

そして、メイン制御部２５０は感知部２１０から伝達されるアンペアデータを伝達されてリレー部と並列連結されるバイパス回路を構成するのか否かを判断する。判断結果、過電流による回路の保護が必要であると判断される場合、バイパス制御部２６０によってトランジスタスイッチであるバイパス部をターンオンするＳ１０１。

そして、バイパス部のターンオンによってバイパス回路が形成されている間、リレー部２２０をスイッチングオフするようにリレー回路部２７０に制御信号を伝達するＳ１０２。バイパス部によって過電流の殆どがバイパス回路に流れるようになり、リレー部はスイッチングオフを安定的に行うことができる。

そして、メイン制御部２５０はリレー部２２０が安定的にスイッチングオフされたのか否かを確認しＳ１０３、スイッチングオフされた場合であればバイパス部がターンオフされるようにバイパス制御部２６０に制御信号を伝達するＳ１０４。
このような過程を介して車両充電装置の内部に設けられたリレー部のスイッチング動作が安定的に行われるため、リレー融着による車両の損失を未然に防止することができる。

Claims

車両を充電するための電力を供給するために外部電源と前記車両との間に連結される車両充電装置であって、
前記車両に供給される電流の正常範囲の可否を感知するための感知部と、
前記感知部を通過した電流が前記車両側に供給されることを選択的に遮断するリレー部と、
前記リレー部と並列に連結されて前記感知部を通過した電流に対するバイパス回路を選択的に形成するバイパス部と、
前記感知部を介して測定される電流値に応じて前記バイパス部とリレー部の動作を制御する制御部と、を含む車両充電装置。
前記バイパス部は前記感知部によって予め設定された正常範囲を逸脱する電流が感知された場合にターンオンされる２つのトランジスタで構成される、請求項１に記載の車両充電装置。
前記バイパス部は前記リレー部にそれぞれ並列に連結される第１バイパス部と第２バイパス部を含む、請求項１に記載の車両充電装置。
前記第１及び第２バイパス部それぞれは複数のＭＯＳＦＥＴで形成されるスイッチを含む、請求項３に記載の車両充電装置。
前記第１及び第２バイパス部それぞれは前記ＭＯＳＦＥＴをターンオンするためのオプトカプラを含む、請求項４に記載の車両充電装置。
前記制御部は前記バイパス部がターンオン状態を維持する間に前記リレー部のスイッチングオフ動作が行われるように制御する、請求項１に記載の車両充電装置。
前記制御部は前記感知部を介して伝達される電流値を読み込んで前記バイパス部のターンオン可否を決定するメイン制御部と、前記メイン制御部の制御に応じて前記バイパス部を構成するトランジスタをターンオンするバイパス制御部と、前記リレー部の動作を制御するリレー制御部と、を含む、請求項６に記載の車両充電装置。
リレー回路のオン又はオフスイッチング動作によって車両を充電するための電流が選択的に提供されるようにする車両充電装置の内部回路の保護法方であって、
前記車両充電装置内に提供される電流の異常可否を感知するステップと、
前記感知結果に応じて前記リレー回路と並列に連結されるバイパス回路を形成するステップと、
前記バイパス回路が形成される間に前記リレー回路のスイッチング動作が行われるステップと、を含む車両充電装置の内部回路の保護方法。
前記バイパス回路を形成するステップは、前記リレー回路に対してそれぞれ並列に連結される第１及び第２バイパス部がターンオンされるステップを含み、
前記第１及び第２バイパス部それぞれは一対のトランジスタで構成される、請求項８に記載の車両充電装置の内部回路の保護方法。
前記第１及び第２バイパス部それぞれは電気的信号によって前記トランジスタをターンオンするオプトカプラを更に含む、請求項９に記載の車両充電装置の内部回路の保護方法。
前記リレー回路の状態を確認するステップと、
前記リレー回路がオフされた場合、前記バイパス回路を分離するステップと、を更に含む、請求項８に記載の車両充電装置の内部回路の保護方法。