JP4894646B2

JP4894646B2 - 充電装置および充電システム

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Publication number: JP4894646B2
Application number: JP2007158723A
Authority: JP
Inventors: 新一大竹
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2027-06-15
Also published as: JP2008312380A; CN101682203B; US20100033140A1; EP2159898A4; WO2008153173A1; CN101682203A; EP2159898B1; US8174244B2; ES2706293T3; EP2159898A1

Description

本発明は充電装置および充電システムに関し、特に、外部電源を用いて電気自動車のバッテリを充電する際の作業を円滑にすることが可能な技術に関する。

特開２０００−３５４３３２号公報（特許文献１）は、電気自動車用充電装置を開示する。この充電装置は、外部電源から電気自動車への給電経路を開閉するリレーと、その給電経路に流れる電流に基づいて漏電を検出する漏電検出回路と、外部電源から給電回路への給電開始時に、擬似的に漏電を発生させる試験回路と、漏電検出回路が漏電を検出した場合に給電経路が開状態となるようリレーを制御する制御回路とを備える。制御回路は、充電に先立って漏電検出回路の動作を確認する。
特開２０００−３５４３３２号公報特開平１１−２０５９０９号公報特開２００６−１２１８４４号公報

特開２０００−３５４３３２号公報に開示される充電装置の場合、制御装置は漏電検出回路の動作を確認するためにリレーをオンする。しかし、リレーの接点が溶着している場合には、制御回路は漏電検出回路の動作確認後に給電経路を遮断できない。この場合には漏電が生じたままになる可能性がある。これにより上述の充電装置の場合には充電作業を円滑に行なうことができなくなることも考えられる。特開２０００−３５４３３２号公報は、リレーの溶着が生じた場合の制御回路の動作については開示していない。

本発明の目的は、電気機器の充電作業を円滑に行なうことが可能な充電装置およびその充電装置を備える充電システムを提供することである。

本発明は要約すれば、充電可能に構成された電気機器と、電気機器に充電電力を供給する電源との間に設けられる充電装置である。充電装置は、電源からの充電電力を電気機器に給電する給電経路と、給電経路の遮断が可能な遮断回路と、給電経路に生じた漏電を検出する漏電検出回路と、遮断回路による給電経路の遮断を検査するとともに、給電経路の遮断を確認した後に漏電検出回路を検査する検査回路とを備える。

本発明の他の局面に従うと、充電システムであって、充電可能な蓄電装置を含む電気機器と、電源からの充電電力を蓄電装置に供給することにより蓄電装置を充電する充電装置とを備える。充電装置は、電源からの充電電力を電気機器に給電する給電経路と、
給電経路の遮断が可能な遮断回路と、給電経路に生じた漏電を検出する漏電検出回路と、遮断回路による給電経路の遮断を検査するとともに、給電経路の遮断を確認した後に漏電検出回路を検査する検査回路とを含む。

好ましくは、充電装置は、蓄電装置の非充電時に、遮断回路に給電経路を遮断させる第１の制御回路をさらに含む。遮断回路は、給電経路の遮断を解除可能である。電気機器は、蓄電装置と給電経路との間の電気的な接続および非接続を行なう接続回路と、蓄電装置の非充電時には、接続回路を接続状態に設定し、蓄電装置の充電時には、給電経路の電圧が給電経路の遮断時の電圧を示すと判定した場合に、遮断回路に給電経路の遮断を解除させ、かつ、接続回路を接続状態に設定する第２の制御回路とをさらに含む。

さらに好ましくは、電気機器は、車両に搭載され、かつ、車両の動力を出力する。

本発明によれば、電気機器の充電作業を円滑に行なうことができる。

以下において、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係る充電装置および充電システムを説明する図である。図１を参照して、本発明の実施の形態に係る充電システムは、充電可能に構成された電気機器１００と、充電装置１５０とを含む。充電装置１５０は、電気機器１００と電気機器１００を充電する交流電源３００との間に設けられる。

電気機器１００は、電力変換部１０と、蓄電装置Ｂと、制御装置６０と、電源ラインＰＬ３１，ＰＬ３２とを含む。充電装置１５０は、コネクタ２０２，２０４と、電源ラインＰＬ１１，ＰＬ１２，ＰＬ２１，ＰＬ２２と、充電制御装置２００とを含む。

交流電源３００は、たとえば１００Ｖ（２００Ｖ）／１５Ａの交流電力を供給する。コネクタ３０２は電源ラインＰＬ０１，ＰＬ０２により交流電源３００に接続される。

コネクタ２０２をコネクタ３０２に接続することによって、電源ラインＰＬ１１が電源ラインＰＬ０１に接続されるとともに電源ラインＰＬ１２が電源ラインＰＬ０２に接続される。たとえばコネクタ２０２はプラグであり、コネクタ３０２はソケットである。

コネクタ２０４をコネクタ５０に接続することによって、電源ラインＰＬ２１が電源ラインＰＬ３１に接続されるとともに電源ラインＰＬ２２が電源ラインＰＬ３２に接続される。

充電制御装置２００は、リレー部２１０（遮断回路）と、漏電検出回路２４０と、テスト回路２６０とを含む。リレー部２１０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２を含む。

リレーＲＹ１，ＲＹ２は、テスト回路２６０の制御または制御装置６０の制御により同時に開閉する。以後、リレーＲＹ１，ＲＹ２がオン（オフ）することを「リレー部２１０がオン（オフ）する」と称することにする。リレー部２１０がオンするとリレーＲＹ１によって電源ラインＰＬ１１が電源ラインＰＬ２１に接続されるとともに、リレーＲＹ２によって電源ラインＰＬ１２が電源ラインＰＬ２２に接続される。このとき電源ラインＰＬ１１，ＰＬ２１，ＰＬ１２，ＰＬ１２は交流電源３００からの交流電力を電気機器１００に給電する給電経路を構成する。リレー部２１０がオフする（リレーＲＹ１，ＲＹ２がオフする）場合には、この給電経路が遮断される。すなわちリレー部２１０はオフ時には給電経路を遮断するとともにオン時には給電経路の遮断を解除可能である。

漏電検出回路２４０は、給電経路に生じた漏電を検出する。テスト回路２６０は、リレー部２１０による給電経路の遮断を検査する。テスト回路２６０は、リレー部２１０による給電経路の遮断を確認した後に、給電経路に漏電を擬似的に発生させ、かつ、漏電検出回路２４０を検査する。これにより電気機器１００の充電時に漏電が発生した場合に、リレー部２１０により給電経路を遮断できる確率を高めることができる。よって本実施の形態によれば、ユーザによる充電作業を円滑に進めることが可能になる。

次に電気機器１００について説明する。電力変換部１０は給電経路を介して交流電源３００から受ける交流電力を直流電力に変換する。蓄電装置Ｂは電力変換部１０から直流電力を受ける。これにより蓄電装置Ｂが充電される。制御装置６０は、蓄電装置Ｂの充電期間にリレー部２１０をオン状態にするとともに電力変換部１０の動作を制御する。ただし、制御装置６０は、リレー部２１０をオンさせる前に給電経路に交流電圧が印加されていることを検知した場合には、リレーの接点が溶着しているものと判定する。この場合には、制御装置６０は電力変換部１０を動作させない。これにより蓄電装置Ｂあるいは電力変換部１０に異常が生じるのを防ぐことができる。また、蓄電装置Ｂあるいは電力変換部１０に異常が生じるのを防ぐことによって、ユーザによる充電作業に影響が生じるのも防ぐことができる。よって本実施の形態によればユーザの充電作業を円滑に進めることが可能になる。

続いて電気機器１００および充電制御装置２００の具体的構成について説明する。
図２は、図１の電気機器１００の構成例を示す図である。図２を参照して、この電気機器１００は、蓄電装置Ｂと、電力変換部１０と、制御装置６０とを備える。電力変換部１０は、昇圧コンバータ１１，１２と、インバータ２０，３０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、ＡＣポート４０と、コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ２と、抵抗Ｒ１と、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３と、接地ラインＳＬと、Ｕ相ラインＵＬ１，ＵＬ２と、Ｖ相ラインＶＬ１，ＶＬ２と、Ｗ相ラインＷＬ１，ＷＬ２と、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２とを備える。

この電気機器１００は、たとえば、ハイブリッド自動車（ＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）に搭載され、車両の動力を出力する動力出力装置としてハイブリッド自動車に組込まれる。そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン８０によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド自動車に組込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド自動車の駆動輪９０を駆動する電動機としてハイブリッド自動車に組込まれる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、たとえば、３相交流同期電動機からなる。モータジェネレータＭＧ１は、エンジン８０からの回転力を用いて交流電圧を発生し、その発生した交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０から受ける交流電圧によって駆動力を発生し、エンジン８０の始動を行なう。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ３０から受ける交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、回生制動時、交流電圧を発生してインバータ３０へ出力する。

蓄電装置Ｂは、各々が充放電可能なバッテリＢ１，Ｂ２を含む。バッテリＢ１，Ｂ２は、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。バッテリＢ１，Ｂ２は、発生した直流電圧を昇圧コンバータ１１，１２へそれぞれ出力する。また、バッテリＢ１，Ｂ２は、昇圧コンバータ１１，１２からそれぞれ出力される直流電圧によって充電される。

昇圧コンバータ１１は、リアクトルＬ１と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１は、電源ラインＰＬ１に一端が接続され、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置６０からの制御信号ＰＷＣ１をゲート電極に受ける。そして、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。

昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。リアクトルＬ２は、電源ラインＰＬ３に一端が接続され、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続点に他端が接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４は、電源ラインＰＬ３と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置６０からの制御信号ＰＷＣ２をゲート電極に受ける。そして、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ３，Ｄ４がそれぞれ接続される。

インバータ２０は、Ｕ相アーム２１、Ｖ相アーム２２およびＷ相アーム２３を含む。Ｕ相アーム２１、Ｖ相アーム２２およびＷ相アーム２３は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム２１は、直列に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ１１，Ｑ１２からなり、Ｖ相アーム２２は、直列に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ１３，Ｑ１４からなり、Ｗ相アーム２３は、直列に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ１５，Ｑ１６からなる。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。

そして、各相アームにおける各ＩＧＢＴ素子の接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介してモータジェネレータＭＧ１のＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続される。

インバータ３０は、Ｕ相アーム３１、Ｖ相アーム３２およびＷ相アーム３３を含む。Ｕ相アーム３１、Ｖ相アーム３２およびＷ相アーム３３は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム３１は、直列に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ２１，Ｑ２２からなり、Ｖ相アーム３２は、直列に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ２３，Ｑ２４からなり、Ｗ相アーム３３は、直列に接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ２５，Ｑ２６からなる。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ２１〜Ｑ２６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ２１〜Ｄ２６がそれぞれ接続されている。

そして、インバータ３０においても、各相アームにおける各ＩＧＢＴ素子の接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ２，ＶＬ２，ＷＬ２を介してモータジェネレータＭＧ２のＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続される。

コンデンサＣ１１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するバッテリＢ１および昇圧コンバータ１１への影響を低減する。コンデンサＣ１２は、電源ラインＰＬ３と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するバッテリＢ２および昇圧コンバータ１２への影響を低減する。コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するインバータ２０，３０および昇圧コンバータ１１，１２への影響を低減する。

昇圧コンバータ１１は、制御装置６０からの制御信号ＰＷＣ１に基づいて、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬ１に磁場エネルギーとして蓄積することによってバッテリＢ１からの直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧をＩＧＢＴ素子Ｑ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ出力する。また、昇圧コンバータ１１は、制御装置６０からの制御信号ＰＷＣ１に基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ２０および／または３０から受ける直流電圧をバッテリＢ１の電圧レベルに降圧してバッテリＢ１を充電する。

昇圧コンバータ１２は、制御装置６０からの制御信号ＰＷＣ２に基づいて、昇圧コンバータ１１と同様の動作を行なう。これによりバッテリＢ２からの直流電圧は昇圧されて電源ラインＰＬ２に出力される。また、昇圧コンバータ１２は、制御信号ＰＷＣ２に基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ２０および／または３０から受ける直流電圧をバッテリＢ２の電圧レベルに降圧してバッテリＢ２を充電する。

インバータ２０は、制御装置６０からの制御信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、所望のトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、制御装置６０からの制御信号ＰＷＭ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

インバータ３０は、制御装置６０からの制御信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、所望のトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３０は、モータジェネレータＭＧ２の回生制動時、制御装置６０からの制御信号ＰＷＭ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２から出力される交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

コネクタ５０には電源ラインＰＬ３１，ＰＬ３２が接続される。ＡＣポート４０は、制御装置６０からの信号ＥＮに応じてＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と電源ラインＰＬ３１，ＰＬ３２とをそれぞれ接続したり、その接続を切離したりする。コネクタ５０が図１のコネクタ２０４と接続されることにより電源ラインＰＬ３１，ＰＬ３２に交流電圧Ｖａｃが生じる。また、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と電源ラインＰＬ３１，ＰＬ３２とがそれぞれ接続された場合に、ＡＣラインＡＣＬ１には交流電流Ｉａｃが流れる。ＡＣポート４０は、交流電圧Ｖａｃおよび交流電流Ｉａｃを検出してその検出結果を制御装置６０へ出力する。

ＡＣラインＡＣＬ１はモータジェネレータＭＧ１の中性点Ｎ１に接続され、ＡＣラインＡＣＬ２はモータジェネレータＭＧ２の中性点Ｎ２に接続される。車両の停止時、かつ、蓄電装置Ｂへの充電時には、制御装置６０はＡＣポート４０に信号ＥＮを出力してＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と電源ラインＰＬ３１，ＰＬ３２とをそれぞれ接続する。さらに、制御装置６０は、インバータ２０，３０を制御することによって中性点Ｎ１，Ｎ２間に生じる交流電圧Ｖａｃを直流電圧に変換する。さらに制御装置６０は昇圧コンバータ１１，１２を制御して、インバータ２０，３０からの直流電圧をバッテリＢ１，Ｂ２の充電に適した電圧に変換する。これによりバッテリＢ１，Ｂ２が充電される。

具体的には、制御装置６０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値およびモータ回転数、バッテリＢ１，Ｂ２のバッテリ電圧、ならびに電源ラインＰＬ２，ＰＬ３の電圧に基づいて、昇圧コンバータ１１，１２をそれぞれ駆動するための制御信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を生成する。制御装置６０は、制御信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を昇圧コンバータ１１，１２へそれぞれ出力する。なお、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数、バッテリＢ１，Ｂ２の電圧および電源ラインＰＬ２，ＰＬ３の電圧は、図示されない各センサによって検出される。

また、制御装置６０は、電源ラインＰＬ２の電圧ならびにモータジェネレータＭＧ１のモータ電流およびトルク指令値に基づいて、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための制御信号ＰＷＭ１を生成する。さらに、制御装置６０は、電源ラインＰＬ２の電圧ならびにモータジェネレータＭＧ２のモータ電流およびトルク指令値に基づいて、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための制御信号ＰＷＭ２を生成する。

なお、バッテリＢ１の正極および負極を電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬにそれぞれ接続するためのリレー回路、および、バッテリＢ２の正極および負極を電源ラインＰＬ３および接地ラインＳＬにそれぞれ接続するためのリレー回路が設けられていてもよい。

図３は、図２のＡＣポート４０および図１の充電装置１５０の構成を説明する図である。図３を参照して、ＡＣポート４０は、ＬＣフィルタ４２と、接続回路４４と、電源ラインＰＬ４１，ＰＬ４２と、電圧検出部４６と、電流検出部４８とを含む。

ＬＣフィルタ４２は、電源ラインＰＬ３１，ＰＬ３２の間の交流電圧に含まれる高周波ノイズを除去する。高周波ノイズが除去された交流電圧は電源ラインＰＬ４１，ＰＬ４２に出力される。接続回路４４は、制御装置６０からの信号ＥＮに応じてオン／オフされる。接続回路４４はオン状態において電源ラインＰＬ４１とＡＣラインＡＣＬ１とを接続するとともに電源ラインＰＬ４２とＡＣラインＡＣＬ２とを接続する。接続回路４４は蓄電装置Ｂと給電経路との間の電気的な接続および非接続を行なう接続回路である。

電圧検出部４６は電源ラインＰＬ３１，ＰＬ３２間の交流電圧Ｖａｃを検出して検出結果を制御装置６０に出力する。電流検出部４８はＡＣラインＡＣＬ１に流れる交流電流Ｉａｃを検出して検出結果を制御装置６０に出力する。なお電流検出部４８はＡＣラインＡＣＬ２に流れる電流を検出してもよい。

充電装置１５０は、コネクタ２０２，２０４と、電源ラインＰＬ１１，ＰＬ１２，ＰＬ２１，ＰＬ２２と、接地ラインＳＬ１〜ＳＬ３と、スイッチＣＮＣＴと、充電制御装置２００とを含む。

接地ラインＳＬ１はコネクタ２０２，３０２を介して接地ラインＳＬ０に接続される。接地ラインＳＬ０は交流電源３００の電源ラインＰＬ０２に接続されるとともに接地ノード（図中ＧＮＤと示す）に接続される。これにより接地ラインＳＬ１も接地される。なお、接地ラインＳＬ０（電源ラインＰＬ０２）の電圧を基準として電源ラインＰＬ０１の電圧は変化する。

接地ラインＳＬ１は、さらにコネクタ２０４，５０を介して電気機器１００側の接地ラインＳＬ２に接続される。これにより接地ラインＳＬ２も接地される。

接地ラインＳＬ３はスイッチＣＮＣＴの一方端と接地ラインＳＬ１とを接続する。スイッチＣＮＣＴの他方端はコネクタ２０４，コネクタ５０を介して、電気機器１００側の接地ラインＳＬ４に電気的に接続される。

充電制御装置２００は、スイッチＳＷと、抵抗Ｒ１０と、ＺＣＴ（零相変流器）２３０と、漏電検出回路２４０と、電圧モニタ２５０と、テスト回路２６０と、電源制御回路２７０と、ＡＣ通電ランプ２８１と、異常ランプ２８２とを含む。

スイッチＳＷおよび抵抗Ｒ１０は電源ラインＰＬ１１と電源ラインＰＬ１２との間に直列に接続される。ＺＣＴ２３０は電源ラインＰＬ１１，ＰＬ１２を囲むように設けられる。電源ラインＰＬ１１，ＰＬ１２，ＰＬ２１，ＰＬ２２を含む給電経路のいずれかの箇所で漏電が生じると、ＺＣＴ２３０の出力側に不平衡電流が流れる。この不平衡電流は漏電検出回路２４０により検出される。

漏電検出回路２４０は電源ラインＰＬ２２の電圧（グランド電圧）をモニタするＧＮＤ（グランド）電圧モニタ２４２を含む。漏電検出回路２４０はＺＣＴ２３０の検出結果およびＧＮＤ電圧モニタ２４２の検出結果に基づいて給電経路に漏電が生じたことを検出する。たとえば不平衡電流のレベルが所定値以上であれば、漏電検出回路２４０は漏電が生じているものと判断する。

電圧モニタ２５０は電源ラインＰＬ２１，ＰＬ２２間の電圧をモニタして、モニタ結果（電圧値）をテスト回路２６０に出力する。テスト回路２６０は、リレー部２１０の検査時に電源制御回路２７０にリレー部２１０をオン／オフするよう指示する。電源制御回路２７０はテスト回路２６０からの指示に応じてリレー部２１０をオン／オフする。

テスト回路２６０は、漏電検出回路２４０の検査時にはスイッチＳＷをオン状態にする。スイッチＳＷがオンすると電源ラインＰＬ１１，ＰＬ１２が短絡する。これによりＺＣＴ２３０の出力側に不平衡電流が流れるので漏電検出回路２４０は漏電が生じていると判断する。

テスト回路２６０は、漏電検出回路２４０から漏電を検出したことを示す信号を受けた場合に漏電検出回路２４０が正常であると判断する。テスト回路２６０は、漏電検出回路２４０の検査を終了した後にスイッチＳＷをオフにする。

テスト回路２６０は、電気機器１００の充電開始時に電圧モニタ２５０から受ける電圧値がたとえばＡＣ１００Ｖを示す場合には、リレー部２１０がオンしたと判断する。この場合、テスト回路２６０はＡＣ通電ランプ２８１を点灯させる。ＡＣ通電ランプ２８１はたとえば緑色に点灯する。

テスト回路２６０は、電圧モニタ２５０から受ける電圧値に基づいて、リレー部２１０に異常が生じた（接点が溶着した）と判定すると、異常ランプ２８２を点灯させる。異常ランプ２８２はたとえば赤色に点灯する。

電源制御回路２７０は、テスト回路２６０からの指示に応じて、リレー部２１０の検査時にリレー部２１０をオン／オフさせる。なおリレー部２１０の検査期間は蓄電装置Ｂの非充電期間に含まれる。すなわち、電源制御回路２７０は、蓄電装置Ｂの非充電時にリレー部２１０に給電経路を遮断させる制御回路である。

さらに電源制御回路２７０は、交流電源３００の電圧および電流容量を示す信号ＣＰＬを生成し、信号ＣＰＬを制御装置６０に出力する。たとえば信号ＣＰＬのデューティ比は電流容量を示し、信号ＣＰＬの波高値は電圧を示す。制御装置６０は、信号ＣＰＬに含まれる電流容量および電圧の情報に基づいて、蓄電装置Ｂが適切に充電されるように電力変換部１０を制御する。

スイッチＣＮＣＴは、コネクタ２０４をコネクタ５０に接続することによりオン状態となり、コネクタ２０４をコネクタ５０から外すとオフ状態となる。スイッチＣＮＣＴがオン状態となると、接地ラインＳＬ４が接地ラインＳＬ３に接続される。これにより接地ラインＳＬ４が接地される。

制御装置６０は、接地ラインＳＬ４の電圧を検知することによりコネクタ２０４がコネクタ５０に接続されたことを検知する。制御装置６０は、コネクタ２０４がコネクタ５０に接続されたことを検知すると、電圧検出部４６の検出結果が給電経路の遮断時の電圧を示すかどうかを判定する。

制御装置６０は、その検出結果が給電経路の遮断時の電圧であると判定した場合に、リレー部２１０をオン状態にする（給電経路の遮断を解除する）ための信号ＣＰＬＴのレベルをＬ（論理ロー）レベルからＨ（論理ハイ）レベルに変化させる。電源制御回路２７０は、信号ＣＰＬＴがＨレベルである場合にリレー部２１０をオンさせ、信号ＣＰＬＴがＬレベルである場合にリレー部２１０をオフさせる。なお、信号ＣＰＬＴがＬレベルである場合にリレー部２１０がオンし、信号ＣＰＬＴがＨレベルである場合にリレー部２１０がオフしてもよい。

さらに制御装置６０は、接続回路４４をオンさせる。これにより蓄電装置Ｂが給電経路に接続される。リレー部２１０の接点が溶着した状態で接続回路４４をオンさせると、インバータ２０，３０に影響が生じる可能性がある。インバータ２０，３０に生じた影響は、蓄電装置Ｂにも及ぶ可能性がある。しかし、上述のように、制御装置６０はリレー部２１０がオフしている（給電経路の電圧が給電経路の遮断時の電圧を示す）ことを確認した後に蓄電装置Ｂの充電を開始する（接続回路４４をオンする）。よって、このような問題が生じるのを防ぐことができる。

図４は、ユーザによる電気機器１００の充電作業を説明するフローチャートである。図４および図３を参照して、ユーザは交流電源３００のコネクタ３０２にコネクタ２０２を接続する（ステップＳ１）。次にユーザは電気機器１００（車両）のコネクタ５０にコネクタ２０４を接続する（ステップＳ２）。これにより電気機器１００の充電が開始される。ユーザは電気機器１００の充電が完了すると、車両側のコネクタ５０に接続されたコネクタ２０４を外し（ステップＳ３）、次に交流電源３００のコネクタ３０２に接続されたコネクタ２０２を外す（ステップＳ４）。なお、ステップＳ１，Ｓ２の処理は順番が逆でもよい。同様にステップＳ３，Ｓ４の処理は順番が逆でもよい。

図５は、図４に示すユーザの充電作業により実行される充電制御装置２００の処理および電気機器１００の処理を説明するフローチャートである。図５および図３を参照して、充電制御装置２００はステップＳ１１〜Ｓ２０の処理を実行する。電気機器１００は、ステップＳ３１〜Ｓ３８の処理を実行する。

ステップＳ１（図４参照）において、コネクタ２０２がコネクタ３０２に接続されると交流電源３００から充電制御装置２００に電圧が供給される。この電圧供給がトリガとなって充電制御装置２００の動作が開始される。まず、テスト回路２６０は電圧モニタ２５０から電圧値を取得する。テスト回路２６０は、その電圧値に基づいてリレー部の接点が溶着していないかどうかをセルフチェックする（ステップＳ１１）。

たとえばリレー部２１０が正常である（接点が溶着していない）場合には電圧値はＡＣ０Ｖを示し、リレー部２１０の接点が溶着している場合には電圧値はＡＣ１００Ｖを示す。よって、テスト回路２６０は電圧値に基づいてリレー部２１０が正常か否かを判定することができる。

テスト回路２６０はセルフチェックの結果からリレー部２１０が正常か否かを判定する（ステップＳ１２）。リレー部２１０が正常でない場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、テスト回路２６０は異常ランプ２８２を点灯させる（ステップＳＡ）。リレー部２１０が正常である場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、テスト回路２６０は電源制御回路２７０に信号ＣＰＬを出力するよう指示する。電源制御回路２７０は、テスト回路２６０の指示に応じて、交流電源３００の電流容量および電圧を示す信号ＣＰＬを生成して出力する。さらにテスト回路２６０は電源制御回路２７０にリレー部２１０をオフさせる（ステップＳ１３）。

一方、電気機器１００において制御装置６０は接地ラインＳＬ４の電圧をモニタする。ステップＳ２（図４参照）において、コネクタ２０４がコネクタ５０に接続されると接地ラインＳＬ４の電圧が接地電圧レベルになる。これにより、制御装置６０はスイッチＣＮＣＴがオンしたことを検知する。さらに、制御装置６０は電源制御回路２７０からの信号ＣＰＬを受けることによって電気機器１００に供給される交流電力の情報を取得する（ステップＳ３１）。

ステップＳ３１の処理に続き、制御装置６０は現時点での処理の段階がリレー部２１０のオンを許可する（信号ＣＰＬＴをＬレベルからＨレベルに切換える）前の段階であり、かつ、電圧検出部４６によって、たとえば１００ＶのＡＣ電圧（交流電圧Ｖａｃ）が検出されているかどうかを判定する（ステップＳ３２）。

制御装置６０がリレー部２１０のオンを許可する前であるにも拘らず電圧検出部４６がＡＣ１００Ｖの電圧値を検出した場合には、リレー部２１０の接点が溶着している可能性が高い。この場合（ステップＳ３２においてＹＥＳ）、制御装置６０はテスト回路２６０にリレー部２１０の溶着を示す情報を送り、テスト回路２６０はこの情報を受けて異常ランプ２８２を点灯させる（ステップＳＡ）。なおテスト回路２６０は電圧モニタ２５０の検出結果に基づいてリレー部２１０が溶着したと判定してもよい。テスト回路２６０は制御装置６０からの情報または電圧モニタ２５０に基づいて、リレー部２１０による給電経路の遮断を検査する。

一方、制御装置６０がリレー部２１０のオンを許可する前であり、かつ、電圧値が０Ｖである場合（ステップＳ３２においてＮＯ）、制御装置６０はリレー部２１０がオフしているものと判定する。この場合には、制御装置６０は、電力変換部１０を制御することにより蓄電装置Ｂの充電の準備を完了させる（ステップＳ３３）。そして、充電準備が完了すると、制御装置６０は電源制御回路２７０にリレー部２１０をオンさせるため、信号ＣＰＬＴのレベルをＬレベルからＨレベルに切換える。

一方、充電制御装置２００において、電源制御回路２７０は制御装置６０から受ける信号ＣＰＬＴのレベルがＬレベルからＨレベルに変化したか否かを判定する（ステップＳ１４）。信号ＣＰＬＴのレベルがＬレベルのまま変化しない場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、ステップＳ１４の判定処理が繰返される。信号ＣＰＬＴのレベルがＬレベルからＨレベルに変化した場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、電源制御回路２７０はリレー部２１０をオフ状態からオン状態に切換える（ステップＳ１５）。

次にテスト回路２６０はスイッチＳＷをオンすることにより給電経路に漏電を発生させる。さらに、テスト回路２６０は漏電発生時にリレー部２１０がオフできるか否かをテストする（ステップＳ１６）。

漏電検出回路２４０が正常である場合には、漏電検出回路２４０は漏電を検出して、その検出結果をテスト回路２６０に出力する。これによりテスト回路２６０は漏電検出回路２４０が正常か否かを検査する。漏電検出回路２４０が正常であればテスト回路２６０は電源制御回路２７０にリレー部２１０をオフさせる。

ステップＳ１７において、テスト回路２６０は、漏電発生時にリレー部２１０をオフできるか否かを判定する。漏電発生時にリレー部２１０をオフできない場合（ステップＳ１７においてＮＯ）、テスト回路２６０は、スイッチＳＷをオフする。さらにテスト回路２６０は異常ランプ２８２を点灯させる（ステップＳＡ）。

ステップＳ１６において漏電検出回路２４０およびリレー部２１０が正常に動作していればリレー部２１０はオフ状態になっている。この場合（ステップＳ１７においてＹＥＳ）、テスト回路２６０はスイッチＳＷをオフするとともに、リレー部２１０をオンするよう電源制御回路２７０に指示する。応じて電源制御回路２７０はリレー部２１０をオフ状態からオン状態に切換える（ステップＳ１８）。リレー部２１０がオンすると、テスト回路２６０はＡＣ通電ランプ２８１を点灯させる（ステップＳ１９）。

ステップＳ１５においてリレー部２１０がオンすると、電圧検出部４６はＡＣ電圧（たとえばＡＣ１００Ｖ）を検出する（ステップＳ３４）。そうすると制御装置６０は電力変換部１０を制御することにより蓄電装置Ｂの充電を開始する（ステップＳ３５）。

制御装置６０は、所定の充電終了条件が満たされる場合に蓄電装置Ｂの充電を終了する（ステップＳ３６）。この条件は、たとえばバッテリＢ１，Ｂ２の電圧値がともに所定値以上であるときに満たされる。次に制御装置６０は、リレー部２１０をオフするため信号ＣＰＬＴのレベルをＨレベルからＬレベルに切換える（ステップＳ３７）。

充電制御装置２００では、電源制御回路２７０が信号ＣＰＬＴのレベルの切換わりを検出する。これにより電源制御回路２７０はリレー部２１０をオン状態からオフ状態に切換える（ステップＳ２０）。ユーザがステップＳ３（図４参照）においてコネクタ２０４をコネクタ５０から外すと、電気機器１００側の充電処理が終了する。また、ユーザがステップＳ４（図４参照）においてコネクタ２０２をコネクタ３０２から外すと充電制御装置２００の処理が終了する。

このように本実施の形態では、テスト回路２６０は、まずリレー部２１０が正常であることを検査した後に漏電検出回路２４０の動作を検査する。これにより、もし電源ラインＰＬ１１，ＰＬ１２，ＰＬ２１，ＰＬ２２を含む給電経路に漏電が生じてもリレー部２１０によって給電経路を遮断できる可能性を高めることができる。よって、本実施の形態によれば、充電作業を円滑に行なうことができる。

また、本実施の形態では、蓄電装置Ｂへの充電を開始する前にリレー部２１０の接点の溶着が検出された場合には、制御装置６０は、蓄電装置Ｂの充電を行なわない（接続回路４４をオフ状態のままにする）ので、電力変換部１０や蓄電装置Ｂに異常が生じるのを防ぐことができる。これによりユーザによる充電作業に影響が生じるのも防ぐことができる。よって本実施の形態によればユーザの充電作業を円滑に進めることが可能になる。

なお本実施の形態では電気機器１００はハイブリッド自動車に搭載される。しかし、この発明においては、電気機器１００は電気自動車（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）や燃料電池自動車に搭載されてもよい。

今回開示された実施の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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る充電装置および充電システムを説明する図である。図１の電気機器１００の構成例を示す図である。図２のＡＣポート４０および図１の充電装置１５０の構成を説明する図である。ユーザによる電気機器１００の充電作業を説明するフローチャートである。図４に示すユーザの充電作業により実行される充電制御装置２００の処理および電気機器１００の処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０電力変換部、１１，１２昇圧コンバータ、２０，３０インバータ、２１，３１Ｕ相アーム、２２，３２Ｖ相アーム、２３，３３Ｗ相アーム、４０ＡＣポート、４２ＬＣフィルタ、４４接続回路、４６電圧検出部、４８電流検出部、５０，２０２，２０４，３０２コネクタ、６０制御装置、８０エンジン、９０駆動輪、１００電気機器、１５０充電装置、２００充電制御装置、２１０リレー部、２４０漏電検出回路、２４２ＧＮＤ電圧モニタ、２５０電圧モニタ、２６０テスト回路、２７０電源制御回路、２８１ＡＣ通電ランプ、２８２異常ランプ、３００交流電源、３０２コネクタ、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ＡＣライン、Ｂ蓄電装置、Ｂ１，Ｂ２バッテリ、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２コンデンサ、ＣＮＣＴ，ＳＷスイッチ、Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ダイオード、Ｌ１，Ｌ２リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２中性点、ＰＬ０１，ＰＬ０２，ＰＬ１〜ＰＬ３，ＰＬ１１，ＰＬ１２，ＰＬ２１，ＰＬ２２，ＰＬ３１，ＰＬ３２，ＰＬ４１，ＰＬ４２電源ライン、Ｑ１〜Ｑ４，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１-Ｑ２６ＩＧＢＴ素子、Ｒ１，Ｒ１０抵抗、ＲＹ１，ＲＹ２リレー、ＳＬ，ＳＬ０〜ＳＬ４接地ライン、ＵＬ１，ＵＬ２Ｕ相ライン、ＶＬ１，ＶＬ２Ｖ相ライン、ＷＬ１，ＷＬ２Ｗ相ライン。

Claims

充電可能に構成された電気機器と、前記電気機器に充電電力を供給する電源との間に設けられる充電装置であって、
前記電源からの前記充電電力を前記電気機器に給電する給電経路と、
前記給電経路の遮断が可能な遮断回路と、
前記給電経路に生じた漏電を検出する漏電検出回路と、
前記充電装置が前記電源と前記電気機器とに接続されてから前記電気機器の充電を開始するまでの間において、前記遮断回路と前記漏電検出回路とを検査する検査回路とを備え、
前記検査回路は、前記充電装置が前記電源と前記電気機器とに接続されると、前記遮断回路が前記給電経路を遮断できるかどうかの検査を開始して、前記遮断回路によって前記給電経路を遮断できることを確認した後に、前記漏電検出回路を検査する、充電装置。
充電可能な蓄電装置を含む電気機器と、
電源からの充電電力を前記蓄電装置に供給することにより前記蓄電装置を充電する充電装置とを備え、
前記充電装置は、
前記電源からの前記充電電力を前記電気機器に給電する給電経路と、
前記給電経路の遮断が可能な遮断回路と、
前記給電経路に生じた漏電を検出する漏電検出回路と、
前記充電装置が前記電源と前記電気機器とに接続されてから前記電気機器の充電を開始するまでの間において、前記遮断回路と前記漏電検出回路とを検査する検査回路とを含み、
前記検査回路は、前記充電装置が前記電源と前記電気機器とに接続されると、前記遮断回路が前記給電経路を遮断できるかどうかの検査を開始して、前記遮断回路によって前記給電経路を遮断できることを確認した後に、前記漏電検出回路を検査する、充電システム。
前記充電装置は、
前記蓄電装置の非充電時に、前記遮断回路に前記給電経路を遮断させる第１の制御回路をさらに含み、
前記遮断回路は、前記給電経路の遮断を解除可能であり、
前記電気機器は、
前記蓄電装置と前記給電経路との間の電気的な接続および非接続を行なう接続回路と、
前記蓄電装置の非充電時には、前記接続回路を接続状態に設定し、前記蓄電装置の充電時には、前記給電経路の電圧が前記給電経路の遮断時の電圧を示すと判定した場合に、前記遮断回路に前記給電経路の遮断を解除させ、かつ、前記接続回路を接続状態に設定する第２の制御回路とをさらに含む、請求項２に記載の充電システム。
前記電気機器は、車両に搭載され、かつ、前記車両の動力を出力する、請求項３に記載の充電システム。