JP2017015635A - Ａｃ充電器の断線検知回路 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な回路調整が不要で、且つアース線全域で断線検知を行うことのできるＡＣ充電器の断線検知回路を提供する。【解決手段】バッテリへの充電を制御するパイロット信号（ＣＰＬＴ）を充電制御回路１２に伝送するコントロールパイロット線５０と、該コントロールパイロット線と並列に設けられてＡＣ充電器１０を接地するアース線Ｇとの線間の静電容量Ｃ１と、コントロールパイロット線およびアース線に断線が無い正常状態における線間の静電容量Ｃ１と同容量に設定される模擬静電容量Ｃ２と、同じ抵抗値を有する一対の抵抗器Ｒ１、Ｒ２とによって構成されるブリッジ回路７０と、ブリッジ回路が平衡状態から不平衡状態へと変化する際に生じる電位差を検出して、アース線またはコントロールパイロット線の断線を検知する断線検知部８０とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ＡＣ充電器の断線検知回路に関する。

電気自動車やプラグイン式のハイブリッド車を充電するためにＡＣ電源に接続される充電器（以下、ＡＣ充電器という）が使用されている。

このようなＡＣ充電器は、電気自動車やプラグイン式ハイブリッド車等が搭載するバッテリを充電する際には、分電盤のアース端子に接続したアース線を介して接地した状態で行うようになっている。

これにより、充電作業中にドライバー等の人間が車両に触れた際に、万一漏電が発生したとしても、電流は充電ケーブルのアース線を介して逃されるので、人体は感電しないように保護される。

しかしながら、ＡＣ充電器と車両とを接続する充電ケーブルは、車両による踏みつけや、経年劣化等により充電ケーブル内のアース線等が破断する虞がある。

車両への充電を制御するコントロールパイロット線や給電線が断線した場合には、車両への給電ができない状態となるため人体への感電の虞はないが、アース線のみが断線した場合には、車両への給電が可能な状態となるため、万一漏電が発生したときにはドライバー等が感電する危険性がある。

そこで、ＡＣ充電器について、充電ケーブルのアース線の断線を検知する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１、２等）。

特許文献１、２には、アース線にパルス信号を一定間隔で発信するなどして断線の有無を確認する技術が開示されている。

特開平０８−２９３３７４号公報 特開２０１０−１２４５７８号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、アース線の断線確認の可否は接地環境に依存するため、接地抵抗を測定して調整を行うなどの複雑な回路調整が必要となるという不都合があった。

また、特許文献２に開示の技術では、分電盤からリレーまでの間のアース線の断線検出は可能であるが、リレーから充電コネクタ間を接続する充電ケーブルに設けられるアース線の断線は検出できないという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複雑な回路調整が不要で、且つアース線全域で断線検知を行うことのできるＡＣ充電器の断線検知回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係るＡＣ充電器の断線検知回路は、バッテリへの充電を制御するパイロット信号を充電制御回路に伝送するコントロールパイロット線と、該コントロールパイロット線と並列に設けられてＡＣ充電器を接地するアース線との線間の静電容量と、前記コントロールパイロット線および前記アース線に断線が無い正常状態における前記線間の静電容量と同容量に設定される模擬静電容量と、同じ抵抗値を有する一対の抵抗器と、によって構成されるブリッジ回路と、前記ブリッジ回路が平衡状態から不平衡状態へと変化する際に生じる電位差を検出して、前記アース線または前記コントロールパイロット線の断線を検知する断線検知部と、を備えることを要旨とする。

請求項２に係るＡＣ充電器の断線検知回路は、請求項１に記載の発明について、前記断線検知部は、前記電位差を増幅する差動増幅回路と、該差動増幅回路からの出力電圧と、基準電圧とを比較する比較器と、から構成されることを要旨とする。

請求項３に係るＡＣ充電器の断線検知回路は、請求項１または請求項２に記載の発明について、前記コントロールパイロット線および前記アース線は、前記ＡＣ電源から充電制御回路に給電する給電線を有する充電ケーブルに内装されていることを要旨とする。

本発明によれば、複雑な回路調整が不要で、且つアース線およびコントロールパイロット線の全域で断線検知を行うことのできるＡＣ充電器の断線検知回路を提供することができる。

また、ＡＣ充電器の起動時に、断線検知回路による断線検知機能を適用することで、充電作業前に充電ケーブルのアース線の断線の有無を確認することができ、充電作業時の感電を未然に防止して、ＡＣ充電器の安全性を向上させることができる。

実施の形態に係る断線検知回路を備えるＡＣ充電器の構成例を示す構成図である。 実施の形態に係るＡＣ充電器の断線検知回路の構成例を示す回路図である。 比較例１に係るＡＣ充電器の断線検知回路の概略構成を示す概略構成図である。 比較例２に係るＡＣ充電器の断線検知回路の概略構成を示す概略構成図である。 比較例２に係るＡＣ充電器の断線検知回路の要部を示す回路図である。

［実施の形態］
図１および図２を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（ＡＣ充電器の構成例について）
まず、図１を参照して、実施の形態に係る断線検知回路１を備えるＡＣ充電器１０の構成例について説明する。

ＡＣ充電器１０は、充電器本体１０Ａと、充電器本体１０Ａから車両に接続する充電ケーブル３０と、充電コネクタ４０とから構成されている。

充電器本体１０Ａは、図示しない車載バッテリ等の充電を制御する充電制御回路１２と、各種制御を司るマイクロコンピュータ（マイコン）１３と、後述するコントロールパイロット線５０およびアース線Ｇの断線を検知する断線検知回路１等を備える。

また、充電ケーブル３０は、充電コネクタ４０を介して充電器本体１０Ａからの電力を給電する給電線Ｌ１、Ｌ２と、充電制御回路１２と充電コネクタ４０との間に配線されて充電を制御するパイロット信号（ＣＰＬＴ：Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｉｌｏｔ）を伝送するコントロールパイロット線５０と、このコントロールパイロット線５０と並列に設けられてＡＣ充電器本体１０Ａを接地するアース線Ｇとを絶縁性樹脂等で形成される被覆内に内装して構成されている。

給電線Ｌ１、Ｌ２は、充電器本体１０Ａに設けられるリレーＳＷ１０、ＳＷ１１を介して充電制御回路１２に接続されている。なお、リレーＳＷ１０、ＳＷ１１は、マイコン１３の制御により所定のタイミングで開閉されるようになっている。

また、アース線Ｇは、ノードｎ２、ｎ３間に設けられるリレーＳＷ３を介して充電制御回路１２に接続されている。なお、リレーＳＷ３は、マイコン１３の制御により所定のタイミングで開閉されるようになっている。

コントロールパイロット線５０は、充電コネクタ４０と充電制御回路１２との間に設けられて、パイロット信号（ＣＰＬＴ）を伝送するようになっている。

断線検知回路１では、アース線Ｇのノードｎ２、ｎ３に接続されるループＬにリレースイッチＳＷ２と抵抗器Ｒ１が直列に設けられている。

また、コントロールパイロット線５０上のノードｎ４とループＬのノードｎ５との間にリレーＳＷ１と、キャパシタ（静電容量）Ｃ２と、抵抗器Ｒ２が直列に接続されている。

コントロールパイロット線５０およびアース線Ｇに断線が無い正常状態における線間の静電容量Ｃ１（図１には現れない）と、キャパシタＣ２とは、同容量に設定され、キャパシタＣ２は、線間の静電容量Ｃ１の模擬静電容量となっている。

また、一対の抵抗器Ｒ１、Ｒ２は同じ抵抗値を有している。

そして、線間の静電容量Ｃ１と模擬静電容量Ｃ２と、一対の抵抗器Ｒ１、Ｒ２とによってブリッジ回路７０が構成されるようになっている。

また、図１においては図示を省略するが、断線検知回路１は、ブリッジ回路７０が平衡状態から不平衡状態へと変化する際に生じる電位差を検出して、アース線Ｇまたはコントロールパイロット線５０の断線を検知する断線検知部を備えている。なお、断線検知部の具体例については図２を参照して後述する。

（断線検知回路の構成例について）
図２は、実施の形態に係るＡＣ充電器１０の断線検知回路１の構成例（等価回路）を示す回路図である。

図２に示すように、断線検知回路１は、図示しないバッテリへの充電を制御するパイロット信号（ＣＰＬＴ）を充電制御回路１２（図１参照）に伝送するコントロールパイロット線５０と、このコントロールパイロット線５０と並列に設けられてＡＣ充電器１０を接地するアース線Ｇとの線間の静電容量Ｃ１と、コントロールパイロット線５０およびアース線Ｇに断線が無い正常状態における線間の静電容量Ｃ１と同容量（即ち、Ｃ１＝Ｃ２）に設定される模擬静電容量（キャパシタ）Ｃ２と、同じ抵抗値を有する一対の抵抗器Ｒ１、Ｒ２とによって構成されるブリッジ回路７０と、ブリッジ回路７０が平衡状態から不平衡状態へと変化する際に生じる電位差を検出して、アース線Ｇまたはコントロールパイロット線５０の断線を検知する断線検知部８０とを備えている。

なお、模擬静電容量（キャパシタ）Ｃ２は、静電容量Ｃ１と同容量に調整できるように可変コンデンサ（バリアブルコンデンサ）で構成するとよい。

断線検知部８０は、ブリッジ回路７０が平衡状態から不平衡状態へと変化する際に生じる電位差（具体的には、ブリッジ回路７０の中間点ｎａにおける電圧Ｖａと、他の中間点ｎｂにおける電圧Ｖｂとの差（Ｖａ−Ｖｂ）に相当する）を増幅する差動増幅回路（オペアンプ）６０と、この差動増幅回路６０からの出力電圧と、基準電圧（電源電圧Ｖｃｃ）とを比較する比較器（コンパレータ）６１とから構成されている。

なお、図２に示すように、差動増幅回路６０の一方の入力側は、抵抗器Ｒ３を介してブリッジ回路７０の中間点ｎｂに、他方の入力側は、抵抗器Ｒ４を介してブリッジ回路７０の中間点ｎａにそれぞれ接続されている。

また、ノードｎ１２、ｎ１３間には、差動増幅回路６０に負帰還をかける帰還抵抗Ｒ５が接続されている。

比較器（コンパレータ）６１の一方の入力側には、電源電圧Ｖｃｃに接続される分圧抵抗Ｒ６、Ｒ７のノードｎ１４に接続されている。なお、抵抗Ｒ７の他端はシグナル・グランドに接地されている。

比較器（コンパレータ）６１の一方の入力側には、差動増幅回路（オペアンプ）６０の出力側が接続されている。

そして、アース線Ｇまたはコントロールパイロット線５０に断線が生じた場合には、ブリッジ回路７０が平衡状態から不平衡状態へと変化し、ＶａとＶｂとに電位差を生じる。

この電位差を差動増幅回路（オペアンプ）６０で増幅して、その出力電圧と基準電圧とを比較器（コンパレータ）６１で比較し、その比較結果に相当する信号をマイコン１３（図１参照）に入力する。

マイコン１３は、比較器（コンパレータ）６１から入力された信号を解析することにより、アース線Ｇまたはコントロールパイロット線５０の断線を検出することができる。

（断線検知回路の動作について）
断線検知回路１は、ＡＣ充電器本体１０Ａの起動（停止）時のセルフチェックにて動作し、車両に搭載されるバッテリへの充電中はリレーＳＷ１、ＳＷ２が開いた状態とされる。

この状態では、断線検知回路１による断線検知は行われず、パイロット信号（ＣＰＬＴ）に基いて通常の充電制御が可能となる。

図２に示すように、断線検知回路１は、充電制御回路１２からのコントロールパイロット線５０と、アース線Ｇとの線間の静電容量Ｃ１と、充電ケーブル３０が正常状態でのＣ１と同等の模擬静電容量Ｃ２および一対の抵抗器Ｒ１、Ｒ２を用いてブリッジ回路７０が構成されている。

そして、断線検知の動作手順は、まず、リレーＳＷ１とリレーＳＷ２が閉じ、次にリレーＳＷ３が開かれることでブリッジ回路７０が形成される。

ここで、充電ケーブル３０のアース線Ｇまたはコントロールパイロット線５０に断線が発生した場合には、充電制御回路１２から交流を発振するとブリッジ回路７０の平衡状態が崩れ、ＶａとＶｂに電位差を生じる。

この電位差（Ｖａ−Ｖｂ）が差動増幅回路６０によって増幅される。

そして、差動増幅回路６０からの出力電圧と、基準電圧（電源電圧Ｖｃｃ）とを比較器６１にて比較することで、充電ケーブル３０のアース線Ｇまたはコントロールパイロット線５０の断線を検知することができる。

このように、本実施の形態に係るＡＣ充電器の断線検知回路１によれば、後述する比較例１などのように複雑な回路調整が不要で、且つアース線Ｇおよびコントロールパイロット線５０の全域で断線検知を行うことができる。

また、ＡＣ充電器１０の起動時に、断線検知回路１による断線検知機能を適用することで、充電作業前に充電ケーブル３０のアース線Ｇの断線の有無を確認することができ、充電作業時の感電を未然に防止して、ＡＣ充電器１０の安全性を向上させることができる。

［比較例１について］
比較例１に係るＡＣ充電器の断線検知回路１００の概略構成について、図３を参照して簡単に説明する。

比較例１に係るＡＣ充電器の断線検知回路１００は、接地極付き三線式コンセント（コンセント部）１０３を有する回路において、分電盤部１０１の中性線に、信号発信器１０２で生成される一定の周波数の信号を印加するようにしている。

この信号の周波数は回路中の漏電遮断器（ＥＬＢ）が動作しない周波数領域内であってかつ商用電源の周波数の整数倍以外の周波数としている。

また、コンセント部１０３には判定器１０４が接続され、コンセント部１０３の商用電源の線間電圧の有無および線間での信号の有無を検出してコンセント部１０３の接続状態を判定するように構成されている。

このような構成の比較例１に係るＡＣ充電器の断線検知回路１００では、アース線Ｇの断線確認の可否は接地環境に依存するため、接地抵抗を測定して調整を行うなどの複雑な回路調整が必要となるという難点があった。

これに対して、本実施の形態に係るＡＣ充電器の断線検知回路１では、比較例１のような複雑な回路調整等は不要であり、調整作業等を不要にして手間やコストを低減することができる。

［比較例２について］
比較例２に係るＡＣ充電器の断線検知回路２００の概略構成について、図４および図５を参照して簡単に説明する。

図４は、比較例２に係るＡＣ充電器の断線検知回路２００の概略構成を示す概略構成図、図５は、断線検知回路２００の要部を示す回路図である。

比較例２に係るＡＣ充電器の断線検知回路２００は、第１の電源線２１１と第２の電源線２１２とアース線２１３とを含む自動車用充電ケーブルのアース線２１３の断線検知回路である。

この断線検知回路２００は、アース線２１３と第１の電源線２１１との線間電圧を検出する第１の検出回路２１６（図５参照）と、アース線２１３と第２の電源線２１２との線間電圧を検出する第２の検出回路２１７（図５参照）とを備える。

これらの検出回路は共に等しい分圧抵抗２１９〜２２３（図５参照）を備え、且つそれぞれの分圧抵抗と電源線との間にダイオード２１８、２２１（図５参照）を介在させたものである。

比較例２に係るＡＣ充電器の断線検知回路２００では、分電盤２０１からリレー（開閉制御部２０９）までの間のアース線２１３の断線検出は可能であるが、リレー（開閉制御部２０９）から充電コネクタ（受電コネクタ２０５）間を接続する充電ケーブルに設けられるアース線２１３Ａの断線は検出できないという問題があった。

これに対して、本実施の形態に係るＡＣ充電器の断線検知回路１では、アース線Ｇの全域における断線を検知することができ、安全性を向上させることができる。

以上、本発明のＡＣ充電器の断線検知回路を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

１…断線検知回路
１０…ＡＣ充電器
１０Ａ…充電器本体
１２…充電制御回路
１３…マイコン（マイクロコンピュータ）
３０…充電ケーブル
４０…充電コネクタ
５０…コントロールパイロット線
６０…差動増幅回路
６１…比較器
７０…ブリッジ回路
８０…断線検知部
Ｃ１…静電容量（線間の静電容量）
Ｃ２…模擬静電容量（キャパシタ）
Ｇ…アース線
Ｌ１…給電線
Ｒ１〜Ｒ７…抵抗器
ＳＷ１〜ＳＷ１１…リレー
Ｖｃｃ…電源電圧
ｎ１〜ｎ１４…ノード

Claims (3)

1. バッテリへの充電を制御するパイロット信号を充電制御回路に伝送するコントロールパイロット線と、該コントロールパイロット線と並列に設けられてＡＣ充電器を接地するアース線との線間の静電容量と、
   前記コントロールパイロット線および前記アース線に断線が無い正常状態における前記線間の静電容量と同容量に設定される模擬静電容量と、
   同じ抵抗値を有する一対の抵抗器と、
   によって構成されるブリッジ回路と、
   前記ブリッジ回路が平衡状態から不平衡状態へと変化する際に生じる電位差を検出して、前記アース線または前記コントロールパイロット線の断線を検知する断線検知部と、
   を備えることを特徴とするＡＣ充電器の断線検知回路。
2. 前記断線検知部は、
   前記電位差を増幅する差動増幅回路と、
   該差動増幅回路からの出力電圧と、基準電圧とを比較する比較器と、
   から構成されることを特徴とする請求項１に記載のＡＣ充電器の断線検知回路。
3. 前記コントロールパイロット線および前記アース線は、ＡＣ電源から前記充電制御回路に給電する給電線を有する充電ケーブルに内装されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＡＣ充電器の断線検知回路。

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