JP2022059188A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2022059188A
JP2022059188A JP2020166764A JP2020166764A JP2022059188A JP 2022059188 A JP2022059188 A JP 2022059188A JP 2020166764 A JP2020166764 A JP 2020166764A JP 2020166764 A JP2020166764 A JP 2020166764A JP 2022059188 A JP2022059188 A JP 2022059188A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
power conversion
unit
leakage
leakage detection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020166764A
Other languages
English (en)
Inventor
喜久 安藤
Yoshihisa Ando
洋樹 勝又
Hiroki Katsumata
雅彦 佐藤
Masahiko Sato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd, Fuji Electric Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2020166764A priority Critical patent/JP2022059188A/ja
Priority to US17/460,990 priority patent/US11949347B2/en
Priority to CN202111019114.7A priority patent/CN114285003A/zh
Priority to EP21194397.2A priority patent/EP3978941A1/en
Publication of JP2022059188A publication Critical patent/JP2022059188A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60Monitoring or controlling charging stations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36Means for starting or stopping converters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00Converter types
    • B60L2210/30AC to DC converters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00Converter types
    • B60L2210/40DC to AC converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12Electric charging stations
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

【課題】直流電力を交流電力に変換して出力する際に漏電が検出された場合に、より迅速に交流電力の導通を遮断させることが可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】この電力変換装置100は、入力された直流電力を変換することによって交流電力を出力する電力変換部4と、電力変換部4によって交流電力が出力されている際に、電力変換部4によって出力された交流電流が流れる電源ライン1の漏電を検出する漏電検知部5と、電力変換部4による電力の変換を制御する電力変換制御部7と、を備え、電力変換制御部7は、漏電検知部5による検知結果に基づいて電力変換部4の電力変換動作を停止させるように構成されている。【選択図】図2

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、漏電を検出する電力変換装置に関する。
従来、漏電を検出する電力変換装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
上記特許文献1に記載の車載用充電システム(電力変換装置)は、電源ラインを介して供給される商用電力を変換させ車両に搭載された高圧用バッテリへ充電電力を供給する電力変換回路(電力変換部)を備える。また、この車載用充電システムは、商用電力を供給しているときに漏電状態を検出すると、電源ラインを遮断させる遮断手段(ブレーカー)を備える。そして、ブレーカーによって電源ラインを遮断させることによって、商用電力からの電力変換回路への電力供給が停止される。上記特許文献1に記載の車載用充電システムでは、遮断手段(ブレーカー)は、車体に設けられた充電用コネクタと電力変換回路との間に接続されている。
特開2011-135663号公報
ここで、上記特許文献1に記載されている車載用充電システムのような電力変換装置は、高圧用バッテリに蓄えられた直流電力を交流電力に変換して出力可能なように構成されている場合がある。このような構成において高圧用バッテリからの直流電力を交流電力に変換して出力する際に漏電が検出された場合には、迅速に電源ラインの導通を遮断して電力変換部からの交流電力の出力を遮断する必要がある。しかしながら、上記特許文献1に記載されている車載用充電システムのように、遮断手段としてブレーカーを用いて電源ラインの導通を遮断する場合には、一般的に、漏電を検出したタイミングからブレーカーが電源ラインの導通を遮断するタイミングまで、わずかな時間差が発生する。そのため、直流電力を交流電力に変換して出力する際に漏電が検出された場合に、より迅速に交流電力の導通を遮断させることが可能な電力変換装置が望まれている。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、直流電力を交流電力に変換して出力する際に漏電が検出された場合に、より迅速に交流電力の導通を遮断させることが可能な電力変換装置を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、入力された直流電力を変換することによって交流電力を出力する電力変換部と、電力変換部によって交流電力が出力されている際に、電力変換部によって出力された交流電流が流れる電源ラインの漏電を検出する漏電検知部と、電力変換部による電力の変換を制御する電力変換制御部と、を備え、電力変換制御部は、漏電検知部による検知結果に基づいて電力変換部の電力変換動作を停止させるように構成されている。
この発明の一の局面による電力変換装置では、上記のように、電力変換制御部を、漏電検知部による検知結果に基づいて電力変換部の電力変換動作を停止させるように構成する。これにより、漏電検知部によって電源ラインにおいて漏電が発生していることを示す検知結果が取得された場合に、電力変換部からの交流電流の出力を停止させることができる。ここで、一般に、ブレーカーなどの機械的な遮断装置によって電源ラインの導通を遮断する場合に比べて、電力変換制御部の制御によって、電力変換部の電力変換動作を停止させるほうが、より迅速に電源ラインの導通を遮断することができる。そのため、ブレーカーなどの機械的な遮断装置を用いる替わりに、電力変換部の電力変換動作を停止させる制御を行うことによって、迅速に電源ラインの導通を遮断することができる。その結果、直流電力を交流電力に変換して出力する際に漏電が検出された場合に、より迅速に交流電力の導通を遮断させることができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、電力変換部は、車両の内部の蓄電部から出力された直流電力を交流電力に変換することと、車両の外部の交流電源から入力された交流電力を蓄電部が充電可能な直流電力に変換することとを、切り替えて行うように構成されており、漏電検知部は、電力変換部から出力された交流電力が車両の外部に出力されている際に、電源ラインの漏電を検出するように構成されている。このように構成すれば、車両の蓄電部に対する充電のための電力変換と、蓄電部からの放電による外部装置に対する給電のための電力変換とを共通の装置によって行う場合にも、新たな装置構成を追加的に設けることなく、外部装置に対する給電を行っている際の漏電を検出することができる。その結果、車両の蓄電部から外部装置に給電する際に、装置構成の複雑化を抑制しながら、漏電があった場合にはより迅速に電力の出力を停止させることができる。
この場合、好ましくは、漏電検知部は、車両の外部に接続されている外部装置側の漏電に起因する電源ラインの漏電を検出するように構成されている。ここで、漏電が発生している外部装置に対して、車両から給電を行った場合には、電源ラインや外部装置に意図しない電流が流れる。そのため、上記のように、漏電検知部を、車両の外部に接続されている外部装置側の漏電に起因する電源ラインの漏電を検出するように構成すれば、車両の外部において漏電が発生している場合にも、迅速に電力の供給を停止させることができる。その結果、漏電が発生している外部装置に給電する際に、電源ラインや外部装置に意図しない電流が流れることを抑制することができる。
上記車両の内部の蓄電部から出力された直流電力を交流電力に変換することと、車両の外部の交流電源から入力された交流電力を蓄電部が充電可能な直流電力に変換することとを、切り替えて行うように構成されている電力変換部を備える電力変換装置において、好ましくは、漏電検知部は、電力変換部よりも車両の外部側の電源ラインを取り囲むように設けられる零相変流器を含み、電力変換制御部は、零相変流器に含まれる2次巻線に流れる電流が、所定の閾値よりも大きい場合、電源ラインが漏電していると判定するように構成されている。ここで、電源ラインに漏電が発生していない場合には、電源ラインを流れる電流の大きさ・向きを考慮した合計値は0となる。そして、電源ラインに漏電が発生している場合には、電源ラインを流れる電流の大きさ・向きを考慮した合計値が0以外の値となり、これが漏電電流値となる。本発明では、上記のように零相変流器が電力変換部よりも車両の外部側の電源ラインを取り囲むように設けられている。これにより、電源ラインの漏電電流値に応じて零相変流器に磁界が発生する。そして、零相変流器に発生した磁界によって、零相変流器に含まれる2次巻線に電流が発生する。そのため、零相変流器は、電源ラインの漏電電流値に比例する大きさの電流を、2次巻線に流れる電流として検出することができる。その結果、漏電検知部は、2次巻線に流れる電流に基づいて、電源ラインが漏電していることを検出することができる。また、電力変換制御部は、零相変流器に含まれる2次巻線に流れる電流が、所定の閾値よりも大きい場合、電源ラインが漏電していると判定するように構成されているため、ノイズなどに起因して偶発的に2次巻線に発生した所定の閾値よりも小さい電流については、電源ラインの漏電としては検出しないようにすることができる。そのため、2次巻線に偶発的に発生した小さい電流のために、電力変換部からの給電が頻繁に停止されることを抑制することができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、電力変換制御部による制御によって電源ラインの導通を遮断する遮断部をさらに備え、電力変換制御部は、漏電検知部による検知結果に基づいて、電力変換部の電力変換動作を停止させ、かつ、遮断部によって電源ラインを遮断させるように構成されている。このように構成すれば、漏電を検出した場合に、電力変換部からの出力を停止させることに加えて、遮断部によって電源ラインの導通を遮断することができるため、漏電電流の発生を抑制し、かつ、電源ラインの導通を物理的に遮断することができる。そのため、電源ラインの漏電に起因する漏電電流をより効果的に抑制することができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、電力変換部は、電力変換制御部からの制御信号に基づいて、オンオフを切り替えるスイッチング素子を含み、電力変換制御部は、制御信号の出力を停止させることによりスイッチング素子をオフにすることによって、電力変換部の電力変換動作を停止させるように構成されている。ここで、一般的に、ブレーカーやメカニカルリレーなどの機械的な遮断装置の応答速度に比べて、電力変換部に含まれる半導体デバイスからなるスイッチング素子の応答速度は大きい。そのため、電力変換部の変換動作を停止させるために、機械的な遮断装置を用いて電力の供給を遮断する場合に比べて、スイッチング素子に対する制御によって電力変換動作を停止させることによって、より迅速に電力の出力を停止させることができる。また、制御信号の出力を停止させることによって、スイッチング素子をオフにすることができるため、漏電を検出した際に容易に電力の出力を停止させることができる。
上記車両の内部の蓄電部から出力された直流電力を交流電力に変換することと、車両の外部の交流電源から入力された交流電力を蓄電部が充電可能な直流電力に変換することとを、切り替えて行うように構成されている電力変換部を備える電力変換装置において、好ましくは、電力変換制御部は、漏電検知部による検知結果に基づいて漏電検知情報を取得するとともに、取得された漏電検知情報を車両に搭載されている車両本体側制御部に出力するように構成されている。このように構成すれば、漏電検知部によって漏電が検出されたことを示す情報を、車両の各部の制御を行っている車両本体側制御部に取得させることができる。そのため、漏電状態にある場合に、車両本体側制御部による制御によって車両の各部の動作を制御することができる。すなわち、漏電の検出を表示装置に表示することによってユーザに報知すること、および、蓄電部からの電力の出力を停止させることなどを、車両本体側制御部の制御によって行わせるように構成することができる。その結果、車両本体側制御部に対して、漏電検知情報を出力することによって、電力変換装置の外部において、漏電に対処するための制御を行わせることができる。
この場合、好ましくは、電力変換制御部は、取得された漏電検知情報を記憶するように構成されている。このように構成すれば、漏電を検出した場合に、検出された漏電についての詳細な情報を記憶しておくことができる。そのため、検査作業者は、検出された漏電について確認および検証を行う際に、記憶された漏電検知情報を参照することによって、確認および検証を容易に行うことができる。
本発明によれば、上記のように、直流電力を交流電力に変換して出力する際に漏電が検出された場合に、より迅速に交流電力の導通を遮断させることができる。
本実施形態による電力変換装置を含む外部給電システムの全体構成を示す図である。 本実施形態による電力変換装置の構成を説明するための模式図である。 本実施形態による表示装置の表示の例を示すための図である。 本実施形態による電力変換部について説明するための図である。 本実施形態による漏電検知部による検出値の出力について説明するための図である。 本実施形態による漏電検知部による疑似漏電検出値の出力について説明するための図である。 本実施形態による漏電を検出した際の表示装置の表示について説明するための図である。 本実施形態による漏電検知部の故障の判定について説明するための図である。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
図1~図8を参照して、本実施形態による電力変換装置100の構成について説明する。
図1に示すように、本実施形態による電力変換装置100は、電気自動車101に搭載されている。電気自動車101は、蓄電部110に充電された電力によって電動機130を駆動させることによって走行する。また、電気自動車101は、蓄電部110の電力を家庭などに供給する(外部給電する)ことが可能な外部給電システム102を構成する。すなわち、外部給電システム102は、電気自動車101からの給電によって、住宅などに単相3線の商用電力(100V/200Vの交流電力)を供給することが可能なシステムである。なお、電気自動車101は、特許請求の範囲の「車両」の一例である。
(電気自動車の構成)
電気自動車101は、電力変換装置100に加えて、蓄電部110、インバータ120、電動機130、表示装置140、および、車両本体側制御部150を備える。
蓄電部110は、電力を充電可能な蓄電池を含む。蓄電池は、たとえば、リチウムイオン二次電池である。蓄電部110は、車体外部の交流電源から入力された交流電力が電力変換部4によって変換された直流電力によって充電される。また、蓄電部110は、車体外部の直流電源から直接的に入力された直流電力によって充電される。蓄電部110は、たとえば、40kWh(キロワットアワー)の電力量を充電(蓄電)可能に構成されている。また、蓄電部110は、蓄えた(充電された)電力を直流電力として出力可能に構成されている。
インバータ120は、蓄電部110から出力された直流電力を交流電力に変換する。そして、インバータ120は、出力する交流電力の周波数および電圧を変更可能に構成されている。また、インバータ120は、電動機130を駆動させるための交流電力を出力する。
電動機130は、蓄電部110に充電(蓄電)された電力によって駆動する。具体的には、電動機130は、蓄電部110から出力された直流電力がインバータ120によって変換された交流電力によって駆動する。電気自動車101は、電動機130の駆動による動力によって走行する。
表示装置140は、図3に示すように、後述する車両本体側制御部150による制御に基づいて、電気自動車101の各部の情報を表示する。すなわち、蓄電部110、および、電動機130の状態などについての情報を表示する。たとえば、表示装置140は、蓄電部110の充電量を表示する。また、後述する電力変換装置100によって、漏電が検出された場合には、ユーザに対して漏電が検出されたことを報知するための表示を行う(図7参照)。表示装置140は、たとえば、液晶ディスプレイを含む。表示装置140は、電気自動車101の車内に設けられており、電気自動車101の各部に関する情報を、ユーザが視認可能なように表示する。
車両本体側制御部150は、電気自動車101の各部の制御を行う。具体的には、車両本体側制御部150は、複数のECU(Electronic Control Unit)を含む。そして、複数のECUの各々は、電気自動車101の各部の制御を行う。たとえば、バッテリECUは、蓄電部110への電力の入出力の監視および制御を行うとともに、蓄電部110に含まれるバッテリクーラーおよびバッテリヒーターを制御することによって蓄電部110の温度管理を行う。また、表示制御ECUは、電気自動車101の車内に設けられた表示装置140の表示を制御する。複数のECUは、それぞれ、マイコン(マイクロコントローラ)を含む。
(電力変換装置の構成)
電力変換装置100は、図2に示すように、電源ライン1、遮断部2、フィルタ回路部3、電力変換部4、漏電検知部5、故障判定部6、および、電力変換制御部7、を含む。電力変換装置100は、電気自動車101に搭載されており、電気自動車101の外部の交流電源から入力された交流電力を蓄電部110が充電可能な直流電力に変換することと、電気自動車101の内部の蓄電部110から出力された直流電力を電気自動車101の外部に出力するための交流電力に変換することとを行う。
電源ライン1は、装置の外部(電気自動車101の外部)に対して交流電力を供給するために、後述する電力変換部4によって変換された交流電流と、電力変換装置100の外部の蓄電部110から出力された直流電流とが流れる導線である。また、電源ライン1には、蓄電部110を充電するために、電気自動車101の外部の交流電源から出力された単相3線の交流電流と、電力変換部4によって変換された直流電流とが流れる。
遮断部2は、後述する電力変換制御部7による制御によって、電力変換部4から出力された交流電力が電気自動車101の外部に出力されている際の電源ライン1の導通を遮断する。遮断部2は、たとえば、機械的に導通を遮断するメカニカルリレーを含む。
フィルタ回路部3は、電源ライン1を流れる交流電流の高周波数成分を低減させるLCフィルタ回路である。フィルタ回路部3は、コンデンサ(キャパシタ)およびコイル(インダクタ)を含む。
電力変換部4は、電気自動車101に搭載されている。また、図4に示すように、電力変換部4は、電力変換制御部7から出力される制御信号であるPWM(Pulse Width Modulation)信号によって、電気自動車101の内部の蓄電部110から出力された直流電力を交流電力に変換することと、電気自動車101の外部の交流電源から入力された交流電力を蓄電部110が充電可能な直流電力に変換することとを、切り替えて行うように構成されている。また、電力変換部4は、電力変換制御部7からの制御信号(PWM信号)に基づいて、オンオフを切り替えるスイッチング素子Swを含む。スイッチング素子Swは、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を含む。
具体的には、電力変換部4は、ブリッジ部41、交流リアクトル42、平滑コンデンサ43、および、ゲートドライブユニット44を含む。ブリッジ部41は、IGBTによるブリッジ回路である。そして、ブリッジ部41は、電力変換制御部7による制御信号に基づいて、蓄電部110側から入力された直流電力を交流電力に変換することと、外部装置側から入力された交流電力を直流電力に変換することとを行う。交流リアクトル42は、交流電力に含まれる高調波を抑制し、交流電流の波形の力率を改善させる。平滑コンデンサ43は、直流電力を平滑する。ゲートドライブユニット44は、電力変換制御部7による制御信号(PWM信号)に基づいて、ブリッジ部41の動作を制御するためのゲート信号を出力する。すなわち、ゲートドライブユニット44は、ブリッジ部41に含まれるスイッチング素子Sw(IGBT)の各々に対して、スイッチング素子Swのオンオフを制御するためのゲート信号を出力する。
漏電検知部5は、図2に示すように、電力変換部4によって交流電力が出力されている際に、電力変換部4によって出力された交流電流が流れる電源ライン1の漏電を検出する。具体的には、漏電検知部5は、電力変換部4から出力された交流電力が電気自動車101の外部に出力されている際に、電気自動車101の外部に接続されている外部装置側の漏電に起因する電源ライン1の漏電電流を検出するように構成されている。すなわち、漏電検知部5は、電力変換装置100から交流電力を供給(給電)しようとする外部装置または外部の電源ラインにおいて漏電が発生している場合に、電源ライン1の漏電を検出するように構成されている。
蓄電部110から出力された直流電力を変換することによって電力変換部4から交流電力が出力されている際に、電力変換部4よりも外部装置側の電源ライン1には、単相3線の交流電力が流れる。単相3線の交流電力は、通常ならば(漏電状態ではない場合には)3線を流れる電流の大きさ・向きを考慮した和が0となる。ここで、単相3線の交流電流が流れる3本の導線のうちの一の導線において漏電状態が発生している場合には、3本の導線を流れる電流の大きさ・向きを考慮した和は0とはならず、これが漏電電流値となる。漏電検知部5は、単相3線である電源ライン1を流れる漏電電流値を検出することによって、電源ライン1の漏電を検出する。
漏電検知部5は、零相変流器51、および、漏電検知回路部52を含む。零相変流器51は、電力変換部4よりも電気自動車101の外部側の電源ライン1を取り囲むように設けられる。そして、零相変流器51は、磁性体によって構成されている。図5に示すように、電源ライン1に漏電電流が発生している場合、電源ライン1を取り囲むように設置されている零相変流器51に磁界が発生し、零相変流器51に含まれる2次巻線51aに漏電検知信号としての電流が流れる。2次巻線51aに発生する漏電検知信号としての電流の大きさは、電源ライン1に流れる漏電電流値に比例した値となる。すなわち、電源ライン1に漏電が発生した場合には、漏電に起因して電源ライン1に流れる漏電電流値の大きさに比例して、2次巻線51aに流れる電流の大きさが変化する。2次巻線51aに発生した漏電検知信号としての電流は、漏電検知回路部52によって検出される。そして、漏電検知回路部52は、2次巻線51aに発生した電流の値を、検知結果である検出値aとして電力変換制御部7に出力する。
故障判定部6は、電力変換部4の電力変換動作を停止させた状態で、漏電検知部5の故障を判定するために、電源ライン1に発生する漏電を疑似的に再現するためのパルス電流を出力する。故障判定部6は、補助巻き線61、および、漏電テスト回路部62を含む。
図6に示すように、漏電テスト回路部62は、電力変換制御部7によって出力されたパルス信号のパルス幅に基づいて、電源ライン1に発生する漏電に起因する電流を再現するための疑似漏電パルス電流を出力する。漏電テスト回路部62によって出力された疑似漏電パルス電流は、補助巻き線61を流れる。補助巻き線61を流れる疑似漏電パルス電流によって、零相変流器51に磁界が発生し、零相変流器51の2次巻線51aには、電源ライン1の漏電電流に相当するパルス電流が流れる。すなわち、漏電検知部5は、故障判定部6から出力されたパルス電流に基づいて、漏電検知信号としてのパルス電流を取得する。そして、2次巻線51aに発生した漏電検知信号としてのパルス電流は、漏電検知回路部52によって検出される。つまり、漏電検知回路部52は、2次巻線51aに発生した漏電検知信号としてのパルス電流に応じて、電力変換制御部7に疑似漏電検出値bを出力する。具体的には、漏電検知回路部52は、漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δを検知結果である疑似漏電検出値bとして出力する。すなわち、パルス幅δが大きくなると疑似漏電検出値bは大きくなり、パルス幅δが小さくなれば疑似漏電検出値bは小さくなる。ここで、故障判定部6は、漏電検知部5から出力される疑似漏電検出値bが、電源ライン1に漏電が発生した場合に漏電検知部5から出力される検出値aと等しい(同一の)値となるように、疑似漏電パルス電流を漏電テスト回路部62に発生させる。
電力変換制御部7は、図2に示すように、CPU71(Central Processing Unit)、および、フラッシュメモリ72などを有するマイコン(マイクロコントローラ)を含む。電力変換制御部7は、電力変換装置100の各部の制御を行う。
(電力変換部による電力の変換の制御)
電力変換制御部7は、図4に示すように、電力変換部4による電力の変換を制御する。具体的には、電力変換制御部7は、電力変換部4のブリッジ部41に含まれるスイッチング素子Sw(IGBT)のオンオフを制御するための制御信号(PWM信号)を出力する。そして、電力変換制御部7は、制御信号としてPWM信号を出力することによって、電力変換部4をPWM制御する。すなわち、電力変換制御部7は、電力変換部4を制御することによって、電気自動車101の内部の蓄電部110から出力された直流電力を変換して外部装置側に交流電力を出力することと、電気自動車101の外部の交流電源から入力された交流電力を変換して蓄電部110側に直流電力を出力することとを、切り替えて行わせる。
(漏電を検出した際の制御)
本実施形態では、図5に示すように、電力変換制御部7は、零相変流器51に含まれる2次巻線51aに流れる電流が、漏電閾値α(所定の閾値)よりも大きい場合、電源ライン1が漏電していると判定するように構成されている。すなわち、電力変換制御部7は、2次巻線51aに流れる電流に基づいて漏電検知部5に含まれる漏電検知回路部52によって出力された検出値aが、定められた漏電閾値αよりも大きい場合に、電源ライン1が漏電していると判定する。電力変換制御部7は、たとえば、電源ライン1を流れる漏電電流の値が8mA以上である場合に、電源ライン1において漏電が発生していると判定する。すなわち、電力変換制御部7は、電源ライン1を流れる電流が8mAである場合に漏電検知回路部52によって出力される検出値aを漏電閾値αとして定める。
本実施形態では、電力変換制御部7は、漏電検知部5による検知結果に基づいて電力変換部4の電力変換動作を停止させるように構成されている。すなわち、電力変換制御部7は、漏電検知回路部52によって出力された検出値aが、定められた漏電閾値αよりも大きい場合に、電力変換部4の電力変換動作を停止させる。具体的には、電力変換制御部7は、制御信号(PWM信号)の出力を停止させることによりスイッチング素子Sw(IGBT)をオフにすることによって、電力変換部4の電力変換動作を停止させるように構成されている。電力変換制御部7は、電源ライン1の漏電が検出された場合に、電力変換部4のPWM制御を行うための制御信号であるPWM信号の出力を停止させることによって、電力変換部4のゲートドライブユニット44から出力されるゲート信号を停止させ、ブリッジ部41に含まれるIGBTのスイッチング動作を停止させる。電力変換制御部7は、電力変換部4のブリッジ部41のIGBTのスイッチング動作を停止させることによって、IGBTの導通をオフにする。そして、電力変換制御部7は、IGBTの導通をオフにすることによって、電力変換部4の電力変換動作を停止させ、蓄電部110から入力される直流電力の流れる電源ライン1と、電力変換部4よりも外部装置側の電源ライン1とを、電気的に遮断させる。
また、電力変換制御部7は、漏電検知部5による検知結果(検出値a)に基づいて、電力変換部4の電力変換動作を停止させ、かつ、遮断部2によって電源ライン1を遮断させるように構成されている。具体的には、電力変換制御部7は、漏電検知回路部52によって出力された検出値aが漏電閾値αよりも大きい場合に、電力変換部4に対する制御信号の出力を停止させ、かつ、遮断部2に対して電源ライン1を遮断させるための信号を出力する。すなわち、電力変換制御部7は、漏電検知回路部52によって出力される検出値aが漏電閾値αよりも大きい場合、電力変換部4の電力変換動作の停止と、遮断部2による電源ライン1の遮断とを、同一のタイミングで(同時に)行う。なお、電力変換部4の電力変換動作の停止に比べて、遮断部2による電源ライン1の遮断動作のほうが、応答速度が小さい(動作が遅い)。そのため、実際には、電力変換部4の電力変換動作を停止させるタイミングに比べて、遮断部2による電源ライン1の遮断動作が行われるタイミングのほうが遅くなる。
(漏電検知情報について)
本実施形態では、電力変換制御部7は、漏電検知部5による検知結果である検出値aに基づいて漏電検知情報を取得する。そして、電力変換制御部7は、取得された漏電検知情報を電気自動車101に搭載されている車両本体側制御部150に出力するように構成されている。具体的には、電力変換制御部7は、電力変換部4によって電気自動車101の外部に対して交流電力を出力している際に、漏電検知部5による検知結果である検出値aが漏電閾値αよりも大きい場合に漏電検知情報を取得する。そして、電力変換制御部7は、漏電検知情報が取得された場合に、電気自動車101の外部において漏電状態にあることを示す情報である漏電検知情報を、車両本体側制御部150に対して出力する。漏電検知情報は、たとえば、漏電が検出された時刻、漏電が検出された際に電源ライン1を流れた電流、および、漏電が検出された際に出力されていた電流値および電圧値などの情報を含む。
図7に示すように、車両本体側制御部150は、電力変換制御部7からの漏電検知情報に基づいて、外部の電源ラインが漏電状態にあることをユーザに対して報知する。具体的には、車両本体側制御部150は、電力変換制御部7からの漏電検知情報に基づいて、表示装置140に、電気自動車101の外部が漏電状態にあることを報知するための情報を表示する。また、車両本体側制御部150は、電力変換制御部7からの漏電検知情報に基づいて、蓄電部110による直流電力の出力を停止させる。
また、電力変換制御部7は、取得された漏電検知情報を記憶するように構成されている。具体的には、電力変換制御部7は、漏電検知情報を取得した際に、取得された漏電検知情報に含まれる、漏電が検出された時刻、漏電が検出された際に電源ライン1を流れた電流、および、漏電が検出された際に出力されていた電流値および電圧値などの情報を、漏電検知情報として記憶する。電力変換制御部7は、フラッシュメモリ72に取得された漏電検知情報を記憶する。
(漏電検知部の故障診断について)
図8に示すように、電力変換制御部7は、漏電検知部5によって取得された漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δが、検出値範囲β(所定の範囲)内であるか否かによって、漏電検知部5の故障を判定するように構成されている。具体的には、電力変換制御部7は、漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δを漏電検知部5の漏電検知回路部52によって出力された疑似漏電検出値bとして取得する。そして、電力変換制御部7は、取得した疑似漏電検出値bに基づいて、漏電検知部5の故障の判定を行う。つまり、電力変換制御部7は、取得した疑似漏電検出値bが検出値範囲βに含まれるか否かによって、漏電検知部5の故障を判定する。
たとえば、電力変換制御部7は、電源ライン1の漏電が発生した場合に漏電検知回路部52によって出力される検出値a(漏電閾値α)の80%以上120%以下の範囲を、漏電検知部5が正常に動作している検出値aの範囲である検出値範囲βとして取得する。そして、電力変換制御部7は、故障判定部6に対して、漏電検知部5の故障の判定を行うためのパルス電流を出力する。具体的には、電力変換制御部7は、疑似漏電検出値bが検出値aと等しい(同一の)値となるようなパルス幅のパルス電流を漏電テスト回路部62に対して出力する。すなわち、疑似漏電検出値bが検出値aと等しい(同一の)値となるように疑似漏電パルス電流を漏電テスト回路部62に出力させる。したがって、漏電検知部5が正常であるならば、漏電テスト回路部62から出力されたパルス電流によって、漏電に起因する検出値aに相当する値(検出値aと同等の値)の疑似漏電検出値bを漏電検知回路部52が出力する。電力変換制御部7は、取得された疑似漏電検出値bが、検出値範囲βに含まれるか否かによって、漏電検知部5の故障を判定する。すなわち、電力変換制御部7は、取得された疑似漏電検出値bが検出値範囲βに含まれる場合は、漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δが所定の範囲内であるとして、漏電検知部5の漏電検知動作が正常であると判定する。そして、電力変換制御部7は、取得された疑似漏電検出値bが検出値範囲βに含まれない場合は、漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δが所定の範囲内ではないとして、漏電検知部5の漏電検知動作が正常ではない(漏電検知部5が故障している)と判定する。
電力変換制御部7は、漏電検知部5によって取得された漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δが所定の範囲内である場合には、漏電検知部5が正常であるとする判定結果を取得し、漏電検知部5によって取得された漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δが所定の範囲よりも大きい値である場合には、漏電検知部5が層間短絡を起こしているとする判定結果を取得するとともに、漏電検知部5によって取得された漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δが所定の範囲よりも小さい値である場合には、漏電検知部5が断線を起こしているとする判定結果を取得するように構成されている。
ここで、漏電検知部5の零相変流器51に含まれる2次巻線51aが層間短絡(レアショート:layer short)を起こしている場合、2次巻線51aに流れる電流は、正常の場合よりも大きな数値となる。そのため、2次巻線51aが層間短絡の状態である場合には、漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δが大きくなる。したがって、検知結果としての疑似漏電検出値bが正常の値よりも大きくなる。また、漏電検知部5において、断線またははんだ不良などが起きている場合には、2次巻線51aに流れる電流が小さくなる(電流が流れない)。そのため、漏電検知部5において、断線またははんだ不良などが起きている場合には、漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δが小さくなる。したがって、検知結果としての疑似漏電検出値bが正常の値よりも小さくなる。
電力変換制御部7は、電源ライン1に漏電が発生している場合に漏電検知部5によって出力される検知結果としての検出値aに基づいて、検出値範囲βを取得する。そして、電力変換制御部7は、漏電検知部5の故障を判定するために取得された疑似漏電検出値bが検出値範囲βに含まれている場合は、漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δが所定の範囲内であるとして、漏電検知部5が正常であるとする判定結果を取得する。また、電力変換制御部7は、疑似漏電検出値bが検出値範囲βよりも大きい場合は、漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δが所定の範囲よりも大きい値であるとして、漏電検知部5が層間短絡を起こしているとする判定結果を取得する。そして、電力変換制御部7は、疑似漏電検出値bが検出値範囲βよりも小さい場合は、漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δが所定の範囲よりも小さい値であるとして、漏電検知部5が断線を起こしているとする判定結果を取得する。たとえば、図8に示すように、漏電検知信号としてのパルス電流のパルス幅δが所定の範囲より小さい場合には、疑似漏電検出値bが検出値範囲βよりも小さい値となる。したがって、図8に示すような例の場合、電力変換制御部7は、漏電検知部5が断線を起こしているとする判定結果を取得する。
電力変換制御部7は、取得された判定結果によって、漏電検知部5が故障していると判定された場合には、電力変換部4を動作させないように構成されている。すなわち、漏電検知部5が故障していると判定された場合には、電力変換部4を動作させるための制御信号(PWM信号)を出力しないように構成されている。
また、電力変換制御部7は、漏電検知部5の故障についての判定結果を電気自動車101に搭載されている車両本体側制御部150に出力するように構成されている。また、電力変換制御部7は、漏電検知部5の故障についての判定結果を、フラッシュメモリ72に記憶させる。
また、電力変換制御部7は、電力変換部4によって蓄電部110からの直流電力を交流電力に変換する際に、電力変換部4による電力変換動作を行わせる前に、故障判定部6に対してパルス信号を出力することによって漏電検知部5の故障を判定する。なお、電力変換制御部7を、電力変換部4による電力変換動作が終了されたタイミングに、故障判定部6に対してパルス信号を出力することによって漏電検知部5の故障を判定するように構成してもよい。
[本実施形態の効果]
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、上記のように、電力変換制御部7を、漏電検知部5による検知結果に基づいて電力変換部4の電力変換動作を停止させるように構成する。これにより、漏電検知部5によって電源ライン1において漏電が発生していることを示す検知結果が取得された場合に、電力変換部4からの交流電流の出力を停止させることができる。ここで、一般に、ブレーカーなどの機械的な遮断装置によって電源ライン1の導通を遮断する場合に比べて、電力変換制御部7の制御によって、電力変換部4の電力変換動作を停止させるほうが、より迅速に電源ライン1の導通を遮断することができる。そのため、ブレーカーなどの機械的な遮断装置を用いる替わりに、電力変換部4の電力変換動作を停止させる制御を行うことによって、迅速に電源ライン1の導通を遮断することができる。その結果、直流電力を交流電力に変換して出力する際に漏電が検出された場合に、より迅速に交流電力の導通を遮断させることができる。
また、本実施形態では、上記のように、電力変換部4は、電気自動車101(車両)の内部の蓄電部110から出力された直流電力を交流電力に変換することと、電気自動車101の外部の交流電源から入力された交流電力を蓄電部110が充電可能な直流電力に変換することとを、切り替えて行うように構成されており、漏電検知部5は、電力変換部4から出力された交流電力が電気自動車101の外部に出力されている際に、電源ライン1の漏電を検出するように構成されている。このように構成すれば、電気自動車101の蓄電部110に対する充電のための電力変換と、蓄電部110からの放電による外部装置に対する給電のための電力変換とを共通の装置によって行う場合にも、新たな装置構成を追加的に設けることなく、外部装置に対する給電を行っている際の漏電を検出することができる。その結果、電気自動車101の蓄電部110から外部装置に給電する際に、装置構成の複雑化を抑制しながら、漏電があった場合にはより迅速に電力の出力を停止させることができる。
また、本実施形態では、上記のように、漏電検知部5は、電気自動車101(車両)の外部に接続されている外部装置側の漏電に起因する電源ライン1の漏電を検出するように構成されている。ここで、漏電が発生している外部装置に対して、電気自動車101から給電を行った場合には、電源ライン1や外部装置に意図しない電流が流れる。そのため、上記のように、漏電検知部5を、電気自動車101の外部に接続されている外部装置側の漏電に起因する電源ライン1の漏電を検出するように構成すれば、電気自動車101の外部において漏電が発生している場合にも、迅速に電力の供給を停止させることができる。その結果、漏電が発生している外部装置に給電する際に、電源ライン1や外部装置に意図しない電流が流れることを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、漏電検知部5は、電力変換部4よりも電気自動車101(車両)の外部側の電源ライン1を取り囲むように設けられる零相変流器51を含み、電力変換制御部7は、零相変流器51に含まれる2次巻線51aに流れる電流が、漏電閾値α(所定の閾値)よりも大きい場合、電源ライン1が漏電していると判定するように構成されている。ここで、電源ライン1に漏電が発生していない場合には、電源ライン1を流れる電流の大きさ・向きを考慮した合計値は0となる。そして、電源ライン1に漏電が発生している場合には、電源ライン1を流れる電流の大きさ・向きを考慮した合計値が0以外の値となり、これが漏電電流値となる。本実施形態では、上記のように零相変流器51が電力変換部4よりも電気自動車101の外部側の電源ライン1を取り囲むように設けられている。これにより、電源ライン1の漏電電流値に応じて零相変流器51に磁界が発生する。そして、零相変流器51に発生した磁界によって、零相変流器51に含まれる2次巻線51aに電流が発生する。そのため、零相変流器51は、電源ライン1の漏電電流値に比例する大きさの電流を、2次巻線51aに流れる電流として検出することができる。その結果、漏電検知部5は、2次巻線51aに流れる電流に基づいて、電源ライン1が漏電していることを検出することができる。また、電力変換制御部7は、零相変流器51に含まれる2次巻線51aに流れる電流が、漏電閾値α(所定の閾値)よりも大きい場合、電源ライン1が漏電していると判定するように構成されているため、ノイズなどに起因して偶発的に2次巻線51aに発生した漏電閾値αよりも小さい電流については、電源ライン1の漏電としては検出しないようにすることができる。そのため、2次巻線51aに偶発的に発生した小さい電流のために、電力変換部4からの給電が頻繁に停止されることを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、電力変換制御部7による制御によって電源ライン1の導通を遮断する遮断部2をさらに備え、電力変換制御部7は、漏電検知部5による検出値a(検知結果)に基づいて、電力変換部4の電力変換動作を停止させ、かつ、遮断部2によって電源ライン1を遮断させるように構成されている。このように構成すれば、漏電を検出した場合に、電力変換部4からの出力を停止させることに加えて、遮断部2によって電源ライン1の導通を遮断することができるため、漏電電流の発生を抑制し、かつ、電源ライン1の導通を物理的に遮断することができる。そのため、電源ライン1の漏電に起因する漏電電流の発生をより効果的に抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、電力変換部4は、電力変換制御部7からの制御信号に基づいて、オンオフを切り替えるスイッチング素子Sw(IGBT)を含み、電力変換制御部7は、制御信号の出力を停止させることによりスイッチング素子Swをオフにすることによって、電力変換部4の電力変換動作を停止させるように構成されている。ここで、一般的に、ブレーカーやメカニカルリレーなどの機械的な遮断装置の応答速度に比べて、電力変換部4に含まれる半導体デバイスからなるスイッチング素子Swの応答速度は大きい。そのため、電力変換部4の変換動作を停止させるために、機械的な遮断装置を用いて電力の供給を遮断する場合に比べて、スイッチング素子Swに対する制御によって電力変換動作を停止させることによって、より迅速に電力の出力を停止させることができる。また、制御信号の出力を停止させることによって、スイッチング素子Swをオフにすることができるため、漏電を検出した際に容易に電力の出力を停止させることができる。
また、本実施形態では、上記のように、電力変換制御部7は、漏電検知部5による検知結果に基づいて漏電検知情報を取得するとともに、取得された漏電検知情報を車両に搭載されている車両本体側制御部150に出力するように構成されている。このように構成すれば、漏電検知部5によって漏電が検出されたことを示す情報を、電気自動車101(車両)の各部の制御を行っている車両本体側制御部150に取得させることができる。そのため、漏電状態にある場合に、車両本体側制御部150による制御によって電気自動車101の各部の動作を制御することができる。すなわち、漏電の検出を表示装置140に表示することによってユーザに報知すること、および、蓄電部110からの電力の出力を停止させることなどを、車両本体側制御部150の制御によって行わせるように構成することができる。その結果、車両本体側制御部150に対して、漏電検知情報を出力することによって、電力変換装置100の外部において、漏電に対処するための制御を行わせることができる。
また、本実施形態では、上記のように、電力変換制御部7は、取得された漏電検知情報を記憶するように構成されている。このように構成すれば、漏電を検出した場合に、検出された漏電についての詳細な情報を記憶しておくことができる。そのため、検査作業者は、検出された漏電について確認および検証を行う際に、記憶された漏電検知情報を参照することによって、確認および検証を容易に行うことができる。
[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、電力変換部は、電気自動車(車両)に搭載されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電力変換部は、車両に搭載されていなくてもよい。すなわち、船舶などに搭載されていてもよい。また、電力変換部は、車両とは独立して別個に構成された電力変換装置に搭載されていてもよい。
また、上記実施形態では、電力変換部は、電気自動車(車両)に搭載された蓄電部から出力された直流電力を交流電力に変換するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電力変換部を、家庭用蓄電システムに含まれるリチウムイオンバッテリによって出力された直流電力を交流電力に変換するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、電力変換部は、電気自動車(車両)の内部の蓄電部から出力された直流電力を交流電力に変換することと、電気自動車の外部の交流電源から入力された交流電力を蓄電部が充電可能な直流電力に変換することとを、切り替えて行うように構成されており、漏電検知部は、電力変換部から出力された交流電力が電気自動車の外部に出力されている際に、電源ラインの漏電を検出するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電力変換部を、電気自動車の外部の交流電源から入力された交流電力を蓄電部が充電可能な直流電力に変換しないように構成してもよい。すなわち、電力変換部を蓄電部から出力された直流電力を交流電力に変換するように構成し、かつ、電力変換部とは別個に設けられたインバータなどの装置によって、外部の交流電源から入力された交流電力を蓄電部が充電可能な直流電力に変換するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、漏電検知部は、電気自動車(車両)の外部に接続されている外部装置側の漏電に起因する電源ラインの漏電を検出するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、漏電検知部を、電気自動車の外部および内部の両方の漏電に起因する電源ラインの漏電を検出するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、漏電検知部は、電力変換部よりも車両の外部側の電源ラインを取り囲むように設けられる零相変流器を含み、電力変換制御部は、零相変流器に含まれる2次巻線に流れる電流が、漏電閾値(所定の閾値)よりも大きい場合、電源ラインが漏電していると判定するように構成されている、例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、漏電検知部を、零相変流器ではなく、単相3線のうち1つの電流のみを検出する変流器によって構成してもよい。また、所定の閾値に加えて、所定の期間を設けることによって、所定の期間よりも長い期間において所定の閾値よりも大きい電流が流れた場合に、電源ラインが漏電していると判定するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、電力変換制御部による制御によって電源ラインの導通を遮断する遮断部をさらに備え、電力変換制御部は、漏電検知部による検知結果に基づいて、電力変換部の電力変換動作を停止させ、かつ、遮断部によって電源ラインを遮断させるように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、遮断部を、零相変流器の2次巻線に流れる電流によって動作するように構成してもよい。また、電源ラインの導通を遮断する遮断部を設けないようにしてもよい。
また、上記実施形態では、電力変換部は、電力変換制御部からの制御信号に基づいて、オンオフを切り替えるスイッチング素子を含み、電力変換制御部は、制御信号の出力を停止させることによりスイッチング素子をオフにすることによって、電力変換部の電力変換動作を停止させるように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電力変換部を、制御信号の出力を停止させる(ゲートに対する電圧の印加を停止する)ことによって導通状態がオフとなるノーマリーオフのスイッチング素子ではなく、ゲートに電圧を印加することによって導通状態がオフになるノーマリーオンのスイッチング素子を用いるように構成してもよい。すなわち、電力変換制御部によって、電力変換部の動作を停止させるための停止信号を出力することによって、電力変換部の電力変換動作を停止させるように構成してもよい。
また、上記実施形態では、電力変換制御部は、漏電検知部による検知結果に基づいて漏電検知情報を取得するとともに、取得された漏電検知情報を電気自動車(車両)に搭載されている車両本体側制御部に出力するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電力変換制御部を、漏電検知情報を取得しないように構成してもよい。また、電力変換制御部を、取得した漏電検知情報を車両本体側制御部に出力しないように構成してもよい。すなわち、LED(light emitting diode)インジケータなどの報知部をさらに備え、電力変換制御部を、取得した漏電検知情報に基づいて報知部の動作を制御することによって、電源ラインにおいて漏電が検出されたことをユーザに報知させるように構成してもよい。
また、上記実施形態では、電力変換制御部は、取得された漏電検知情報を記憶するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電力変換制御部とは別個の記憶部を新たに設けるとともに、取得された漏電検知情報を記憶部に記憶させるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、外部給電システムを構成する車両の一例として電気自動車を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、燃料電池自動車を用いてもよい。
1 電源ライン
2 遮断部
4 電力変換部
5 漏電検知部
6 故障判定部
7 電力変換制御部
51 零相変流器
51a 2次巻線
100 電力変換装置
101 電気自動車(車両)
110 蓄電部
150 車両本体側制御部

Claims (8)

  1. 入力された直流電力を変換することによって交流電力を出力する電力変換部と、
    前記電力変換部によって交流電力が出力されている際に、前記電力変換部によって出力された交流電流が流れる電源ラインの漏電を検出する漏電検知部と、
    前記電力変換部による電力の変換を制御する電力変換制御部と、を備え、
    前記電力変換制御部は、前記漏電検知部による検知結果に基づいて前記電力変換部の電力変換動作を停止させるように構成されている、電力変換装置。
  2. 前記電力変換部は、車両の内部の蓄電部から出力された直流電力を交流電力に変換することと、前記車両の外部の交流電源から入力された交流電力を前記蓄電部が充電可能な直流電力に変換することとを、切り替えて行うように構成されており、
    前記漏電検知部は、前記電力変換部から出力された交流電力が前記車両の外部に出力されている際に、前記電源ラインの漏電を検出するように構成されている、請求項1に記載の電力変換装置。
  3. 前記漏電検知部は、前記車両の外部に接続されている外部装置側の漏電に起因する前記電源ラインの漏電を検出するように構成されている、請求項2に記載の電力変換装置。
  4. 前記漏電検知部は、前記電力変換部よりも前記車両の外部側の前記電源ラインを取り囲むように設けられる零相変流器を含み、
    前記電力変換制御部は、前記零相変流器に含まれる2次巻線に流れる電流が、所定の閾値よりも大きい場合、前記電源ラインが漏電していると判定するように構成されている、請求項2または3に記載の電力変換装置。
  5. 前記電力変換制御部による制御によって前記電源ラインの導通を遮断する遮断部をさらに備え、
    前記電力変換制御部は、前記漏電検知部による前記検知結果に基づいて、前記電力変換部の電力変換動作を停止させ、かつ、前記遮断部によって前記電源ラインを遮断させるように構成されている、請求項1~4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  6. 前記電力変換部は、前記電力変換制御部からの制御信号に基づいて、オンオフを切り替えるスイッチング素子を含み、
    前記電力変換制御部は、前記制御信号の出力を停止させることにより前記スイッチング素子をオフにすることによって、前記電力変換部の電力変換動作を停止させるように構成されている、請求項1~5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  7. 前記電力変換制御部は、前記漏電検知部による前記検知結果に基づいて漏電検知情報を取得するとともに、取得された前記漏電検知情報を前記車両に搭載されている車両本体側制御部に出力するように構成されている、請求項2~4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  8. 前記電力変換制御部は、取得された前記漏電検知情報を記憶するように構成されている、請求項7に記載の電力変換装置。
JP2020166764A 2020-10-01 2020-10-01 電力変換装置 Pending JP2022059188A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020166764A JP2022059188A (ja) 2020-10-01 2020-10-01 電力変換装置
US17/460,990 US11949347B2 (en) 2020-10-01 2021-08-30 Power conversion device
CN202111019114.7A CN114285003A (zh) 2020-10-01 2021-09-01 电力变换装置
EP21194397.2A EP3978941A1 (en) 2020-10-01 2021-09-01 Power conversion device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020166764A JP2022059188A (ja) 2020-10-01 2020-10-01 電力変換装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022059188A true JP2022059188A (ja) 2022-04-13

Family

ID=77595462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020166764A Pending JP2022059188A (ja) 2020-10-01 2020-10-01 電力変換装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11949347B2 (ja)
EP (1) EP3978941A1 (ja)
JP (1) JP2022059188A (ja)
CN (1) CN114285003A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102083600B1 (ko) * 2018-11-19 2020-03-02 엘에스산전 주식회사 누전 차단기 및 그 누전 차단기의 제어 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006101632A (ja) * 2004-09-29 2006-04-13 Toyota Motor Corp 動力出力装置およびそれを備えた車両
JP2011024410A (ja) * 2009-07-14 2011-02-03 Ford Global Technologies Llc 漏電遮断回路を有する充電ポートを備えた自動車
WO2012086674A1 (ja) * 2010-12-22 2012-06-28 富士電機株式会社 電力変換装置
JP2014057407A (ja) * 2012-09-11 2014-03-27 Toyota Industries Corp 充放電ケーブル
JP2015008613A (ja) * 2013-06-26 2015-01-15 株式会社デンソー 充放電装置
JP2019122238A (ja) * 2018-01-05 2019-07-22 パナソニックIpマネジメント株式会社 モータ制御装置およびモータ制御装置の制御方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3960074B2 (ja) * 2002-02-26 2007-08-15 富士電機機器制御株式会社 漏電検出装置のテスト回路
JP2011135663A (ja) 2009-12-24 2011-07-07 Diamond Electric Mfg Co Ltd 車載用充電システム及びこれを備えるプラグイン式電気自動車
US11084393B2 (en) 2018-08-21 2021-08-10 Ford Global Technologies, Llc Vehicle microgrid plug and play power outlet panel
US11173803B2 (en) 2018-10-22 2021-11-16 Ford Global Technologies, Llc Reconfigurable micro-grid

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006101632A (ja) * 2004-09-29 2006-04-13 Toyota Motor Corp 動力出力装置およびそれを備えた車両
JP2011024410A (ja) * 2009-07-14 2011-02-03 Ford Global Technologies Llc 漏電遮断回路を有する充電ポートを備えた自動車
WO2012086674A1 (ja) * 2010-12-22 2012-06-28 富士電機株式会社 電力変換装置
JP2014057407A (ja) * 2012-09-11 2014-03-27 Toyota Industries Corp 充放電ケーブル
JP2015008613A (ja) * 2013-06-26 2015-01-15 株式会社デンソー 充放電装置
JP2019122238A (ja) * 2018-01-05 2019-07-22 パナソニックIpマネジメント株式会社 モータ制御装置およびモータ制御装置の制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3978941A1 (en) 2022-04-06
US20220109382A1 (en) 2022-04-07
US11949347B2 (en) 2024-04-02
CN114285003A (zh) 2022-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150349387A1 (en) Power source device
WO2011118259A1 (ja) 放電制御装置
US9461484B2 (en) Electricity storage system, method for controlling secondary battery packs, and secondary battery pack
WO2013129231A1 (ja) 電源装置
JP2015019515A (ja) 放電制御装置
JP2012125091A (ja) 分電盤装置
TW201806278A (zh) 電力轉換系統
JP2012191773A (ja) 蓄電池充電制御システム
JP2013099188A (ja) 電力変換装置、蓄電システムおよびその制御方法
JP2014075853A (ja) 車両の制御装置および車両
JP5938679B2 (ja) 双方向コンバータ
JP2022059188A (ja) 電力変換装置
JP2022059189A (ja) 電力変換装置
JP5631173B2 (ja) 充電装置
US11228171B2 (en) Overcurrent trip coordination between inverter and circuit breakers
JP2020072496A (ja) 電力変換ケーブル装置
JP2013042639A (ja) 充電装置
JP2018115971A (ja) 電源装置
CN109075705B (zh) 车载用充电器
CN111999637A (zh) 一种igbt测试系统
JP2017041928A (ja) 電源システム
CN219145003U (zh) 漏电保护电路及功率变换器
WO2024057625A1 (ja) 電力変換装置および電力変換装置による電気系統異常検出方法
JP4142241B2 (ja) オンサイト発電システム
JP2011041427A (ja) 無停電工事用電源装置

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426

Effective date: 20201105

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20201109

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210526

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220524

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220722

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20221129