JP7345146B2 - 電源装置、車両および切替制御装置 - Google Patents

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Description

本開示は、電源装置、車両および切替制御装置に関する。
電源装置(例えば、電動車両に搭載される充電器)においては、電源装置が搭載される製品をグローバルに展開する観点から、世界各国の様々なインフラにおいて動作可能な構成とすることが求められている。つまり、インフラにおいては、単相電源のものもあれば、三相電源のものもあるので、その両方で動作可能なように電源装置を構成することが求められている(例えば、特許文献1参照)。
このような電源装置では、三相電源の各電源に対応して負荷部が設けられる。これらの負荷部のそれぞれは、非接地側の非接地電力線および接地側の接地電力線に設けられる。各負荷部における、非接地電力線と接地線との間、および、接地電力線と接地線との間には、容量部がそれぞれ設けられる。また、各非接地電力線に接続される非接地端子は、三相電源の各電源に対応して3つ設けられるのに対し、各接地電力線に接続される接地端子は、1つ設けられる。つまり、各接地電力線は、1つの接地端子に並列に接続される。
特開2017-169350号公報
ところで、上記の電源装置では、外部電源として単相電源が接続される場合、単相電源の非接地端部が接地端子に接続され、かつ、単相電源の接地端部が非接地端子に接続された逆接状態となる場合がある。単相電源が逆接状態ではない正接状態である場合、1つの非接地端子に対応する非接地電力線のみに電力が供給されるのに対し、単相電源が逆接状態である場合、3つの接地電力線に電力が供給される。
そのため、単相電源の電力が供給される電力線と接地線との間の総容量は、単相電源が正接状態である場合と逆接状態である場合とで変わってしまう。具体的には、単相電源が正接状態である場合、当該総容量は、1つの非接地電力線における容量部のみの容量となるのに対し、逆接状態の場合、3つの接地電力線におけるそれぞれの、計3つの容量部の総容量となる。つまり、単相電源が逆接状態である場合の容量部は、正接状態である場合の容量部の3倍の容量を実質的に有することとなる。
これらのことから、単相電源が逆接状態となると、容量部を介して発生する漏洩電流(例えば、接触電流)が、正接状態のときと比較して増大する可能性がある。特許文献1に記載の構成では、単相電源が逆接状態となることを想定していないので、漏洩電流低減の観点から改善の余地があった。
本開示の目的は、単相電源の接続に起因する漏洩電流を低減することが可能な電源装置、車両および切替制御装置を提供することである。
本開示に係る電源装置は、
単相電源および三相電源を接続可能な電源装置であって、
第1電力線に接続され、前記単相電源の非接地端部および接地端部と、前記三相電源の第1非接地端部との何れかに接続可能な第1端子と、
第2電力線に接続され、前記三相電源の第2非接地端部に接続可能な第2端子と、
第3電力線に接続され、前記三相電源の第3非接地端部に接続可能な第3端子と、
第4電力線、第5電力線および第6電力線に接続され、前記単相電源の前記非接地端部および前記接地端部と、前記三相電源の接地端部との何れかに接続可能な第4端子と、
前記第1電力線および前記第4電力線に設けられる第1負荷部と、
前記第2電力線および前記第5電力線に設けられる第2負荷部と、
前記第3電力線および前記第6電力線に設けられる第3負荷部と、
前記第1電力線、前記第2電力線、前記第3電力線、前記第4電力線、前記第5電力線および前記第6電力線のそれぞれとグランドとの間に設けられる複数の容量部と、
前記第4電力線、前記第5電力線および前記第6電力線の少なくとも1つの電力線を導通および不通の何れかに切り替えるスイッチ部と、
を備え、
前記スイッチ部は、前記単相電源が前記第1端子および前記第4端子に接続された場合、前記電力線を不通とする。
本開示に係る車両は、
バッテリーと、
上記の電源装置と、
を備える。
本開示に係る切替制御装置は、
単相電源および三相電源を接続可能であり、少なくとも前記三相電源の電力が供給される3つの負荷部における各接地電力線の少なくとも1つを導通および不通の何れかに切り替えるスイッチ部を備える電源装置の切替制御装置であって、
前記電源装置に接続された電源情報を取得する取得部と、
前記電源装置に接続された電源が前記単相電源である場合、前記各接地電力線の少なくとも1つを不通とするように前記スイッチ部を切り替える切替部と、
を備える。
本開示によれば、単相電源の接続に起因する漏洩電流を低減することができる。
本開示の第1の実施の形態に係る電源装置が適用された車両を示す図である。 図1において、単相電源が正接状態で接続された状態を示す図である。 図1において、単相電源が逆接状態で接続された状態を示す図である。 電源装置におけるスイッチ切替制御の動作例を示すフローチャートである。 第1の実施の形態における変形例に係る電源装置が適用された車両を示す図である。 本開示の第2の実施の形態に係る電源装置が適用された車両を示す図である。 図6において、単相電源が正接状態で接続された状態を示す図である。 図6において、単相電源が逆接状態で接続された状態を示す図である。 電源装置におけるスイッチ切替制御の動作例を示すフローチャートである。 第2の実施の形態における変形例に係る電源装置が適用された車両を示す図である。
以下、本開示の第1の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本開示の第1の実施の形態に係る電源装置100が適用された車両1を示す図である。
図1に示すように、電源装置100は、例えば、車両1に搭載されるバッテリー2を充電するための充電装置であり、外部の交流電源から電力が供給されることで動作する。電源装置100は、外部電源として、単相電源および三相電源10を接続可能に構成されている。
図1では、接地線Gに接続される中性点N1を中心にY結線された第1交流電源10A、第2交流電源10Bおよび第3交流電源10Cを有する三相電源10が電源装置100に接続された例を示している。中性点N1には、第1交流電源10A、第2交流電源10Bおよび第3交流電源10Cの各接地端部が接続されている。接地線Gは、グランドに対応する線である。
電源装置100は、第1端子101A、第2端子101B、第3端子101C、第4端子102、交流フィルタ103A,103B,103C、力率改善回路104A,104B,104C、第1スイッチ105、第2スイッチ106、電源検知部107および制御部108等を有する。
第1端子101Aは、三相電源10における第1交流電源10Aの第1非接地端部L1に接続される。また、第1端子101Aは、電源装置100における第1電力線A1に接続される。
第2端子101Bは、三相電源10における第2交流電源10Bの第2非接地端部L2に接続される。また、第2端子101Bは、電源装置100における第2電力線B1に接続される。
第3端子101Cは、三相電源10における第3交流電源10Cの第3非接地端部L3と接続される。また、第3端子101Cは、電源装置100における第3電力線C1に接続される。
第4端子102は、三相電源10の接地端部に対応する三相電源10の中性点N1、つまり、接地線Gに接続される。また、第4端子102は、電力線Dを介して電源装置100における第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2に接続される。電力線D、第1電力線A1、第2電力線B1および第3電力線C1には電源検知部107が設けられている。
交流フィルタ103A,103B,103C、および、力率改善回路104A,104B,104Cは、単相電源または三相電源10から供給される電力をバッテリー2に充電する電力に変換するための回路である。なお、整流回路、DC/DC変換回路、等の回路が電源装置100に含まれていても良い。
交流フィルタ103Aおよび力率改善回路104Aは、第1電力線A1および第4電力線A2に設けられている。交流フィルタ103Aは、本開示の「第1負荷部」に対応する。
つまり、交流フィルタ103Aおよび力率改善回路104Aは、第1交流電源10Aに対応する回路である。三相電源10が電源装置100に接続された場合、第1電力線A1は、電力供給に対応する電力線となり、第4電力線A2は、接地に対応する電力線となる。第4電力線A2は、本開示の「接地電力線」に対応する。
また、交流フィルタ103Aは、出力段に対応する部分において、第1容量部A3および第2容量部A4を有する。第1容量部A3は、第1電力線A1と接地線Gとの間に接続される。第2容量部A4は、第4電力線A2と接地線Gとの間に接続される。
交流フィルタ103Bおよび力率改善回路104Bは、第2電力線B1および第5電力線B2に設けられている。交流フィルタ103Bは、本開示の「第2負荷部」に対応する。
つまり、交流フィルタ103Bおよび力率改善回路104Bは、第2交流電源10Bに対応する回路である。三相電源10が電源装置100に接続された場合、第2電力線B1は、電力供給に対応する電力線となり、第5電力線B2は、接地に対応する電力線となる。第5電力線B2は、本開示の「接地電力線」に対応する。
また、交流フィルタ103Bは、出力段に対応する部分において、第3容量部B3および第4容量部B4を有する。第3容量部B3は、第2電力線B1と接地線Gとの間に接続される。第4容量部B4は、第5電力線B2と接地線Gとの間に接続される。
交流フィルタ103Cおよび力率改善回路104Cは、第3電力線C1および第6電力線C2に設けられている。交流フィルタ103Cは、本開示の「第3負荷部」に対応する。
つまり、交流フィルタ103Cおよび力率改善回路104Cは、第3交流電源10Cに対応する回路である。三相電源10が電源装置100に接続された場合、第3電力線C1は、電力供給に対応する電力線となり、第6電力線C2は、接地に対応する電力線となる。第6電力線C2は、本開示の「接地電力線」に対応する。
また、交流フィルタ103Cは、出力段に対応する部分において、第5容量部C3および第6容量部C4を有する。第5容量部C3は、第3電力線C1と接地線Gとの間に接続される。第6容量部C4は、第6電力線C2と接地線Gとの間に接続される。
第1容量部A3、第2容量部A4、第3容量部B3、第4容量部B4、第5容量部C3および第6容量部C4は、本開示の「複数の容量部」に対応する。なお、第1容量部A3、第2容量部A4、第3容量部B3、第4容量部B4、第5容量部C3および第6容量部C4は、全て同じ容量である。また、各力率改善回路の出力段においても、6つの電力線のそれぞれと接地線との間に複数の容量部(符号省略)がそれぞれ設けられている。
また、図2に示すように、電源装置100が単相電源20に接続された場合、単相電源20の非接地端部Lおよび接地端部N2は、第1端子101Aおよび第4端子102の何れかに接続される。接地端部N2は、接地線Gにも接続される。
第1端子101Aに単相電源20の非接地端部Lが接続され、第4端子102に単相電源20の接地端部N2が接続された正接状態である場合、単相電源20における電力は、第1電力線A1を介して電源装置100に供給される。つまり、単相電源20が正接状態である場合、第1電力線A1は、電力供給に対応する電力線となり、第4電力線A2は、接地に対応する電力線となる。
また、図3に示すように、第1端子101Aに単相電源20の接地端部N2が接続され、第4端子102に単相電源20の非接地端部Lが接続された逆接状態である場合、単相電源20における電力は、第4電力線A2を介して電源装置100に供給される。つまり、単相電源20が逆接状態である場合、第4電力線A2は、電力供給に対応する電力線となり、第1電力線A1は、接地に対応する電力線となる。
なお、本実施の形態に係る電源装置100は、単相電源20が逆接状態であっても、正接状態のときと同様に動作可能である。
第1スイッチ105および第2スイッチ106は、例えばリレー素子である。第1スイッチ105および第2スイッチ106は、本開示の「スイッチ部」に対応する。
なお、第1スイッチ105および第2スイッチ106は、リレー素子に限定されず、半導体スイッチング素子(例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やFET(Field Effect Transistor))等、電力線を導通、不通に切替可能な素子である限り、どのような素子であっても良い。
第1スイッチ105は、第5電力線B2に設けられ、第5電力線B2の導通および不通を切り替える。第1スイッチ105は、第5電力線B2における交流フィルタ103Bの前段、つまり、第4容量部B4の前段に設けられる。
第2スイッチ106は、第6電力線C2に設けられ、第6電力線C2の導通および不通を切り替える。第2スイッチ106は、第6電力線C2における交流フィルタ103Cの前段、つまり、第6容量部C4の前段に設けられる。
電源検知部107は、第1端子101A、第2端子101B、第3端子101Cおよび第4端子102に接続された電源の種類を検知する。電源検知部107は、例えば、第1端子101A、第2端子101B、第3端子101Cおよび第4端子102の各電圧値を検知する公知の電圧検知回路である。電源検知部107は、第1電力線A1、第2電力線B1、第3電力線C1および電力線Dに設けられる。
なお、電源検知部107は、1端子101A、第2端子101B、第3端子101Cおよび第4端子102の各電流値を検知する電流検知回路であっても良い。
制御部108は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only
Memory)、RAM(Random Access Memory)および入出力回路を備えている。制御部108は、予め設定されたプログラムに基づいて、電源検知部107の検知結果に基づいて、第1スイッチ105および第2スイッチ106の状態を制御するように構成されている。制御部108は、本開示の「切替制御装置」、「取得部」および「切替部」に対応する。
制御部108は、単相電源20が第1端子101Aおよび第4端子102に接続された場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通にするように制御する。
具体的には、制御部108は、初期状態においては、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とする。制御部108は、電源装置100に電源が接続された場合、電源検知部107が検知した電圧値を取得して、第1端子101A、第2端子101B、第3端子101Cおよび第4端子102に接続された電源の種類を判定する。
電源装置100に接続された電源が単相電源20である場合、図2および図3に示すように、第1端子101Aおよび第4端子102は単相電源20の非接地端部Lまたは接地端部N2に接続される。この場合、電源検知部107は、第1電力線A1または電力線Dに供給される電力に対応する電圧値を検知する。制御部108は、当該電圧値に基づいて、第1端子101A、第2端子101B、第3端子101Cおよび第4端子102に接続された電源の種類が単相電源20であると判定する。
制御部108は、電源の種類が単相電源20であると判定した場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とする。初期状態では第1スイッチ105および第2スイッチ106は不通であるので、この場合、第1スイッチ105及び第2スイッチ106の不通の状態が維持されることとなる。
第1端子101Aおよび第4端子102と、単相電源20との接続状態が逆接状態である場合、第4端子102を介して電源装置100に電力が供給される。そのため、第1スイッチ105および第2スイッチ106が導通となっていると、第4電力線A2の他、第5電力線B2および第6電力線C2にも電力が供給されることとなる。
この場合、第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2と、接地線Gとの間には、それぞれ容量部が接続されているので、電力が供給される各電力線の容量部の総容量が、正接状態の場合と比較して増大することとなる。
具体的には、単相電源20の電力が供給される電力線における接地線Gとの間の容量は、単相電源20が正接状態である場合(図2参照)、第2電力線B1および第3電力線C1に電力が供給されないので、第1電力線A1における容量部のみの容量である。
それに対し、逆接状態の場合、電力が供給される電力線は、第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2の3つであり、それぞれに容量部が設けられている。そのため、3つの電力線における接地線Gとの間の総容量は、3つの容量部の和となる。つまり、単相電源20が逆接状態である場合の容量部は、正接状態である場合の容量部の3倍の容量を有することとなる。
このことから、単相電源20が逆接状態となると、容量部を介して発生する漏洩電流(例えば、接触電流等)が、正接状態のときと比較して大幅に増大する可能性がある。
しかし、本実施の形態では、単相電源20が接続された場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106が不通となるので、第5電力線B2および第6電力線C2に単相電源20の電力が供給されない。つまり、単相電源20が接続された場合、第1電力線A1または第4電力線A2のみに電力が供給されるので、電力供給対象の電力線と接地線Gとの間の総容量は、第1電力線A1または第4電力線A2における容量部のみの容量となる。
その結果、単相電源20が逆接状態となったときの過剰な漏洩電流の発生を防止することができる。すなわち、本実施の形態では、単相電源20の接続に起因する漏洩電流を低減することができる。
また、電源装置100に接続された電源が三相電源10である場合、図1に示すように、各電源10A,10B,10Cが第1端子101A、第2端子101Bおよび第3端子101Cの何れかに接続される。この場合、制御部108は、電源検知部107により検知される第1電力線A1、第2電力線B1および第3電力線C1の電圧値に基づいて、第1端子101A、第2端子101B、第3端子101Cおよび第4端子102に接続された電源の種類が三相電源10であると判定する。
制御部108は、電源の種類が三相電源10であると判定した場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を導通とする。
このようにすることで、電源装置100に接続された電源が三相電源10である場合、第5電力線B2および第6電力線C2が接地線Gと導通するので、電源装置100に所望の動作をさせることができる。
以上のように構成された電源装置100におけるスイッチ切替制御の動作例について説明する。図4は、電源装置100におけるスイッチ切替制御の動作例を示すフローチャートである。図4における処理は、例えば、電源装置100に所定の電源が接続された際に適宜実行される。なお、図4における処理は、第1スイッチ105および第2スイッチ106が不通の状態で開始される。所定の電源は、三相電源10または単相電源20である。
図4に示すように、制御部108は、電源検知部107より検出された電圧値を取得する(ステップS101)。次に、制御部108は、電源の種類が単相電源20であるか否かについて判定する(ステップS102)。
判定の結果、電源の種類が単相電源20である場合(ステップS102、YES)、制御部108は、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とする(ステップS103)。つまり、制御部108は、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通のままにする。
一方、電源の種類が単相電源20ではない場合(ステップS102、NO)、つまり、電源の種類が三相電源10である場合、制御部108は、第1スイッチ105および第2スイッチ106を導通とする(ステップS104)。
ステップS103またはステップS104の後、本制御は終了する。
以上のように構成された本実施の形態によれば、電源の種類が単相電源20である場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106が不通となるので、第5電力線B2および第6電力線C2を介して電力が供給されない。その結果、単相電源20が逆接状態となったときの過剰な漏洩電流の発生を防止することができる。すなわち、本実施の形態では、単相電源20の接続に起因する漏洩電流を低減することができる。
また、第5電力線B2および第6電力線C2に第1スイッチ105および第2スイッチ106が設けられるので、漏洩電流低減に必要な箇所にのみスイッチが設けられる。そのため、電源装置100の構成を簡素化することができる。
また、電源の種類が単相電源20である場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とし、電源の種類が三相電源10である場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を導通とする。すなわち、電源の種類に基づいて、第1スイッチ105および第2スイッチ106の制御を行うので、電源装置100のスイッチ制御を簡素化することができる。
また、第1スイッチ105および第2スイッチ106が容量部の前段に設けられるので、容量部よりも電源に近い位置に第1スイッチ105および第2スイッチ106が配置される。そのため、漏洩電流の発生経路に含まれる容量部に電力が供給されることを防止することができる。
ところで、接触電流を減らすべく、電力線における容量部の数を減らすことが考えられる。電力線における容量部の数を減らす場合、電源装置100におけるノイズ性能が悪化するため、ノイズ対策用の部品を別途設ける必要が生じ、ひいてはコスト増および大型化につながるおそれがある。
しかし、本実施の形態では、簡易な電源検知部107を設けることで、接触電流を低減できるので、容量部の数を減らす必要がなくなる。その結果、電源装置100におけるコスト増および大型化を抑制することができる。
なお、上記第1の実施の形態では、初期状態では、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通の状態としていたが、本開示はこれに限定されず、第1スイッチ105および第2スイッチ106を導通の状態としていても良い。
この場合、制御部108は、電源検知部107により第1電力線A1または電力線Dに流れる電流値が所定値に到達したことを検知した場合、電源の種類が単相電源20であると判定する。当該電流値は、電源検知部107が電圧値を検知する場合、当該電圧値に対応する電流値である。所定値は、例えば、漏洩電流として実用上問題ないレベルの電流値に設定され得る。
そして、制御部108は、電源の種類が単相電源20であると判定した場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とする。
このようにしても、単相電源20の接続に起因する漏洩電流を低減することができる。
また、この構成では、電源検知部107により電流値が所定値に到達したことを検知した場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通としていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、制御部108が、電源検知部107により第1電力線A1または電力線Dに流れる電流値(電圧値に相当する電流値)が検知されたことをもって、電源の種類が単相電源20であると判定し、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通としても良い。
ただし、初期状態で第1スイッチ105および第2スイッチ106を導通としているため、電源装置100に単相電源20が逆接状態で接続されると、第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2を介して漏洩電流が発生する。そのため、漏洩電流低減の観点から、電源検知部107により検知される電流が所定値に到達するまでに、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とすることが好ましい。
また、上記第1の実施の形態では、第1負荷部、第2負荷部および第3負荷部として、交流フィルタ103A,103B,103Cを例示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、第1負荷部、第2負荷部および第3負荷部が力率改善回路104A,104B,104Cであっても良い。また、第1負荷部、第2負荷部および第3負荷部は、力率改善回路104A,104B,104Cよりもバッテリー2側にそれぞれ設けられる電力変換器(例えばDC/DCコンバータ)であってもよい。
この構成は、図1等に示す3つの交流フィルタを有する構成に適用しても良いし、例えば図5に示すように、1つの交流フィルタ103Dのみを有する構成に適用しても良い。
交流フィルタ103Dは、第1端子101A、第2端子101B、第3端子101Cおよび第4端子102に接続された電力線に設けられる。第4端子102に接続された電力線Dは、交流フィルタ103Dを通過した後、第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2に分岐する。そして、第5電力線B2および第6電力線C2上に第1スイッチ105および第2スイッチ106が設けられる。
このような構成では、電力線Dにおける、交流フィルタ103Dに対応する容量部の前段にスイッチを設けると、第4電力線A2,第5電力線B2および第6電力線C2の全てが不通となるため、全ての負荷部の動作に影響する。
そのため、交流フィルタ103Dを有する構成の場合、力率改善回路に対応する容量部の前段に第1スイッチ105および第2スイッチ106を設けることで、全ての負荷部の動作に影響を与えることを抑制することができる。
また、上記第1の実施の形態では、電源検知部107が電源装置100の内部に設けられていたが、本開示はこれに限定されず、電源装置100の外部に設けられていても良い。
電源検知部107が電源装置100の外部に設けられる構成としては、上記のように各端子の電圧値等を検知する装置の他、電源装置100に接続され、かつ、通信機能を有する装置が挙げられる。
このような装置は、電源の種類を示す電源情報を送信する送信部を有している。制御部108は、当該電源情報を取得して、電源装置100に接続された電源が単相電源20である場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とする。このような構成であっても、単相電源20の接続に起因する漏洩電流を低減することができる。
以下、本開示の第2の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図6は、本開示の第2の実施の形態に係る電源装置100が適用された車両1を示す図である。
図6に示すように、電源装置100は、例えば、車両1に搭載されるバッテリー2を充電するための充電装置であり、外部の交流電源から電力が供給されることで動作する。電源装置100は、外部電源として、単相電源および三相電源10を接続可能に構成されている。
図6では、接地線Gに接続される中性点N1を中心にY結線された第1交流電源10A、第2交流電源10Bおよび第3交流電源10Cを有する三相電源10が電源装置100に接続された例を示している。中性点N1には、第1交流電源10A、第2交流電源10Bおよび第3交流電源10Cの各接地端部が接続されている。接地線Gは、グランドに対応する線である。
電源装置100は、第1端子101A、第2端子101B、第3端子101C、第4端子102、交流フィルタ103A,103B,103C、力率改善回路104A,104B,104C、第1スイッチ105、第2スイッチ106、逆接検知部109および制御部108等を有する。第1端子101A、第2端子101B、第3端子101C、第4端子102、交流フィルタ103A,103B,103C、力率改善回路104A,104B,104C、第1スイッチ105、第2スイッチ106は、上記第1の実施の形態と同様である。また、第4端子102に接続される電力線Dには、逆接検知部109が接続される。
また、図7に示すように、第1の実施の形態と同様に、電源装置100が単相電源20に接続された場合、単相電源20の非接地端部Lおよび接地端部N2は、第1端子101Aおよび第4端子102の何れかに接続される。接地端部N2は、接地線Gにも接続される。
また、図8に示すように、第1の実施の形態と同様に、第1端子101Aに単相電源20の接地端部N2が接続され、第4端子102に単相電源20の非接地端部Lが接続された逆接状態である場合、単相電源20における電力は、第4電力線A2を介して電源装置100に供給される。
逆接検知部109は、第1端子101Aおよび第4端子102と、単相電源20との接続状態が逆接状態であることを検知する。逆接検知部109は、例えば、第4端子102(電力線D)と接地線Gとの間を接続する抵抗素子等を含む公知の電圧検知回路であり、抵抗素子の第4端子102側の端部における電圧値を検出する。
なお、逆接検知部109は、接地線Gに流れる電流値を検知する電流検知回路であっても良い。逆接検知部109が電流検知回路である場合、逆接検知部109は、接地線G上、または、接地線Gと、各容量部とを中継する電力線上に配置される。
制御部108は、図示しないCPU、ROM、RAMおよび入出力回路を備えている。制御部108は、予め設定されたプログラムに基づいて、逆接検知部109の検知結果に基づいて、第1スイッチ105および第2スイッチ106の状態を制御するように構成されている。
制御部108は、第1端子101Aおよび第4端子102と、単相電源20との接続状態が逆接状態である場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通にするように制御する。
具体的には、制御部108は、初期状態においては、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とする。制御部108は、電源装置100に電源が接続された場合、逆接検知部109が検知した電圧値を取得して、第1端子101Aおよび第4端子102と電源との接続状態が、逆接状態であるか否かについて判定する。
電源装置100に接続された電源が単相電源20であり、接続状態が逆接状態である場合、図8に示すように、第4端子102は単相電源20の非接地端部Lに接続される。この場合、逆接検知部109は、単相電源20により供給される電力に対応する電圧値を検知する。制御部108は、当該電圧値に基づいて、第1端子101Aおよび第4端子102と、単相電源20との接続状態が逆接状態であると判定する。
制御部108は、当該接続状態が逆接状態であると判定した場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とする。初期状態では第1スイッチ105および第2スイッチ106は不通であるので、この場合、第1スイッチ105及び第2スイッチ106の不通の状態が維持されることとなる。
第1端子101Aおよび第4端子102と、単相電源20との接続状態が逆接状態である場合、第4端子102を介して電源装置100に電力が供給される。そのため、第1スイッチ105および第2スイッチ106が導通となっていると、第4電力線A2の他、第5電力線B2および第6電力線C2にも電力が供給されることとなる。
この場合、第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2と、接地線Gとの間には、それぞれ容量部が接続されているので、電力が供給される各電力線の容量部の総容量が、正接状態の場合と比較して増大することとなる。
具体的には、単相電源20の電力が供給される電力線における接地線Gとの間の容量は、単相電源20が正接状態である場合(図7参照)、第2電力線B1および第3電力線C1に電力が供給されないので、第1電力線A1における容量部のみの容量である。
それに対し、逆接状態の場合、電力が供給される電力線は、第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2の3つであり、それぞれに容量部が設けられている。そのため、3つの電力線における接地線Gとの間の総容量は、3つの容量部の和となる。つまり、単相電源20が逆接状態である場合の容量部は、正接状態である場合の容量部の3倍の容量を有することとなる。
このことから、単相電源20が逆接状態となると、容量部を介して発生する漏洩電流(例えば、接触電流等)が、正接状態のときと比較して大幅に増大する可能性がある。
しかし、本実施の形態では、逆接状態である場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106が不通となるので、第5電力線B2および第6電力線C2に単相電源20の電力が供給されない。つまり、逆接状態である場合、第4電力線A2のみに電力が供給されるので、電力供給対象の電力線と接地線Gとの間の総容量は、第4電力線A2における容量部のみの容量となる。すなわち、本実施の形態では、単相電源20を逆接状態としたときの漏洩電流を低減することができる。
また、電源装置100に接続された電源が単相電源20であり、接続状態が正接状態である場合、図7に示すように、第4端子102は接地線Gと導通する。この場合、制御部108は、逆接検知部109により検知される接地線Gの電圧値に基づいて、第1端子101Aおよび第4端子102と、単相電源20との接続状態が逆接状態ではないと判定する。
また、電源装置100に接続された電源が三相電源10である場合、図1に示すように、第4端子102は接地線Gと導通する。この場合、制御部108は、逆接検知部109により検知される接地線Gの電圧値に基づいて、第1端子101Aおよび第4端子102と、電源との接続状態が逆接状態ではないと判定する。
制御部108は、第1端子101Aおよび第4端子102と、電源との接続状態が逆接状態ではないと判定した場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を導通とする。
このようにすることで、電源装置100に接続された電源が三相電源10である場合、第5電力線B2および第6電力線C2が接地線Gと導通するので、電源装置100に所望の動作をさせることができる。
また、電源装置100に接続された電源が単相電源20である場合、第2電力線B1および第5電力線B2に対応する第2負荷部や、第3電力線C1および第6電力線C2に対応する第3負荷部を用いる際に、電源装置100に所望の動作をさせることができる。
なお、電源が単相電源20であるときに第2負荷部や第3負荷部を用いるためには、単相電源20の電力、つまり、第1電力線A1に供給される電力を第2電力線B1および第3電力線C1に供給可能なように電源装置100が構成されている必要がある。
このような構成としては、例えば、第1電力線A1と、第2電力線B1または第3電力線C1とを接続する電力線を導通、不通とするスイッチを有する構成が挙げられる。このスイッチは、単相電源20の電力を第2負荷部または第3負荷部に供給する場合にのみ、導通となるように制御される。
また、第1端子101Aおよび第4端子102と、単相電源20とが正接状態である場合、制御部108は、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通のままとしても良い。第2負荷部および第3負荷部に電力を供給する必要がない場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を導通する必要がないからである。
また、制御部108は、第1端子101Aおよび第4端子102と、単相電源20とが逆接状態である場合、ユーザに逆接状態である旨を報知する制御を行うようにしても良い。
逆接状態である旨を報知する制御としては、電源装置100の外部に設けられた報知部(携帯端末やインフォテインメント装置等)に、逆接状態である旨の報知指令を出力する制御が挙げられる。
このようにすることで、単相電源20が逆接状態であることをユーザが容易に認識することができる。
以上のように構成された電源装置100におけるスイッチ切替制御の動作例について説明する。図9は、電源装置100におけるスイッチ切替制御の動作例を示すフローチャートである。図9における処理は、例えば、電源装置100に所定の電源が接続された際に適宜実行される。なお、図9における処理は、第1スイッチ105および第2スイッチ106が不通の状態で開始される。所定の電源は、三相電源10または単相電源20である。
図9に示すように、制御部108は、逆接検知部109より検出された電圧値を取得する(ステップS201)。次に、制御部108は、単相電源20の接続状態が逆接状態であるか否かについて判定する(ステップS202)。
判定の結果、接続状態が逆接状態である場合(ステップS202、YES)、制御部108は、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とする(ステップS203)。つまり、制御部108は、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通のままにする。
一方、接続状態が逆接状態ではない場合(ステップS202、NO)、制御部108は、第1スイッチ105および第2スイッチ106を導通とする(ステップS204)。なお、電源装置100に接続された電源が三相電源10である場合、ステップS201の後に、ステップS204の処理に遷移するようにしても良い。
ステップS203またはステップS204の後、本制御は終了する。
以上のように構成された本実施の形態によれば、単相電源20が逆接状態としたとき、第1スイッチ105および第2スイッチ106が不通となるので、第5電力線B2および第6電力線C2を介して電力が供給されない。その結果、単相電源20を逆接状態としたときの漏洩電流を低減することができる。
また、第5電力線B2および第6電力線C2に第1スイッチ105および第2スイッチ106が設けられるので、漏洩電流低減に必要な箇所にのみスイッチが設けられる。そのため、電源装置100の構成を簡素化することができる。
また、単相電源20が逆接状態である場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とし、単相電源20が逆接状態ではない場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を導通とする。すなわち、単相電源20が逆接状態であるか否かに基づいて、第1スイッチ105および第2スイッチ106の制御を行うので、電源装置100のスイッチ制御を簡素化することができる。
また、第1スイッチ105および第2スイッチ106が容量部の前段に設けられるので、容量部よりも電源に近い位置に第1スイッチ105および第2スイッチ106が配置される。そのため、漏洩電流の発生経路に含まれる容量部に電力が供給されることを防止することができる。
ところで、接触電流を減らすべく、電力線における容量部の数を減らすことが考えられる。電力線における容量部の数を減らす場合、電源装置100におけるノイズ性能が悪化するため、ノイズ対策用の部品を別途設ける必要が生じ、ひいてはコスト増および大型化につながるおそれがある。
しかし、本実施の形態では、簡易な逆接検知部109を設けることで、接触電流を低減できるので、容量部の数を減らす必要がなくなる。その結果、電源装置100におけるコスト増および大型化を抑制することができる。
なお、上記第2の実施の形態では、初期状態では、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通の状態としていたが、本開示はこれに限定されず、第1スイッチ105および第2スイッチ106を導通の状態としていても良い。
この場合、制御部108は、逆接検知部109により電流値が所定値に到達したことを検知した場合、単相電源20の接続状態が逆接状態であると判定する。当該電流値は、逆接検知部109が電圧値を検知する場合、当該電圧値に対応する電流値である。所定値は、例えば、漏洩電流として実用上問題ないレベルの電流値に設定され得る。
そして、制御部108は、単相電源20の接続状態が逆接状態であると判定した場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とする。
このようにしても、単相電源20を逆接状態としたときの漏洩電流を低減することができる。
また、この構成では、逆接検知部109により電流値が所定値に到達したことを検知した場合、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通としていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、制御部108が、逆接検知部109により電流値(電圧値に相当する電流値)が検知されたことをもって、逆接状態であると判定し、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通としても良い。
ただし、初期状態で第1スイッチ105および第2スイッチ106を導通としているため、電源装置100に電源が接続されると、第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2を介して漏洩電流が発生する。そのため、漏洩電流低減の観点から、逆接検知部109により検知される電流が所定値に到達するまでに、第1スイッチ105および第2スイッチ106を不通とすることが好ましい。
また、上記第2の実施の形態では、第1負荷部、第2負荷部および第3負荷部として、交流フィルタ103A,103B,103Cを例示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、第1負荷部、第2負荷部および第3負荷部が力率改善回路104A,104B,104Cであっても良い。また、第1負荷部、第2負荷部および第3負荷部は、力率改善回路104A,104B,104Cよりもバッテリー2側にそれぞれ設けられる電力変換器(例えばDC/DCコンバータ)であってもよい。
この構成は、図6等に示す3つの交流フィルタを有する構成に適用しても良いし、例えば図10に示すように、1つの交流フィルタ103Dのみを有する構成に適用しても良い。
交流フィルタ103Dは、第1端子101A、第2端子101B、第3端子101Cおよび第4端子102に接続された電力線に設けられる。第4端子102に接続された電力線Dは、交流フィルタ103Dを通過した後、第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2に分岐する。そして、第5電力線B2および第6電力線C2上に第1スイッチ105および第2スイッチ106が設けられる。
このような構成では、電力線Dにおける、交流フィルタ103Dに対応する容量部の前段にスイッチを設けると、第4電力線A2,第5電力線B2および第6電力線C2の全てが不通となるため、全ての負荷部の動作に影響する。
そのため、交流フィルタ103Dを有する構成の場合、力率改善回路に対応する容量部の前段に第1スイッチ105および第2スイッチ106を設けることで、全ての負荷部の動作に影響を与えることを抑制することができる。
また、上記第2の実施の形態では、逆接検知部109が電源装置100の内部に設けられていたが、本開示はこれに限定されず、電源装置100の外部に設けられていても良い。
また、上記第2の実施の形態では、第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2の何れかにスイッチが設けられていても良いとしていたが、本開示はこれに限定されず、スイッチが第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2が電気的に接続される合流点よりも外部電源側に配置しても良い。
また、上記各実施の形態では、第1スイッチ105および第2スイッチ106が電力線における負荷部の前段に設けられていたが、本開示はこれに限定されず、負荷部の内部に設けられていても良い。
また、上記各実施の形態では、第5電力線B2および第6電力線C2にスイッチが設けられていたが、本開示はこれに限定されず、第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2の全てにスイッチが設けられていても良い。ただし、単相電源20が接続された電源装置100を動作させる観点から、第4電力線A2のスイッチは、電源装置100の動作中は導通としておくことが好ましい。
また、第4電力線A2、第5電力線B2および第6電力線C2の何れかにスイッチが設けられていても良い。ただし、単相電源20が接続された際の電源装置100を動作させる観点から、第5電力線B2および第6電力線C2の何れか一方にスイッチを設けることが好ましい。また、漏洩電流低減の観点から、第5電力線B2および第6電力線C2の両方にスイッチを設けることが好ましい。
また、上記各実施の形態では、制御部108が電源装置100の内部に設けられていたが、本開示はこれに限定されず、電源装置100の外部に設けられていても良い。
また、上記各実施の形態では、複数の容量部が負荷部の出力段に設けられていたが、本開示はこれに限定されず、それ以外の箇所に設けられていても良い。
また、上記各実施の形態では、三相電源としてY結線の構成を例示したが、本開示はこれに限定されず、デルタ結線の構成であっても良い。
また、上記各実施の形態では、電源装置として車両1に搭載されるバッテリー2を充電する充電装置を例示したが、本開示はこれに限定されず、充電装置以外の装置であっても良い。
また、上記各実施の形態では、電源装置100が車両1に搭載されていたが、本開示はこれに限定されず、車両1以外の装置に搭載されていても良い。また、上記実施の形態では接地線Gが設けられていたが本開示はこれに限定されない。車体をグランドとして使用し、各電力線をグランド接続するように構成してもよい。
また、上記各実施の形態では、電源装置100が第1端子101A、第2端子101B、第3端子101C、第4端子102を有していたが、本開示はこれに限定されず、第1端子101A、第2端子101B、第3端子101C、第4端子102は電源装置の外に配置されていてもよい。
また、上記各実施の形態の電源装置100は交流フィルタ103A、103B、および、103Cを有していたが、本開示はこれに限定されず、電源装置は、少なくとも交流フィルタ103A、103B(本開示の「第1負荷部」、「第2負荷部」に対応)を有していればよい。この場合にも、第1負荷部および第2負荷部は、力率改善回路104A,104Bであってもよいし、力率改善回路104A,104Bよりもバッテリー2側にそれぞれ設けられる電力変換器(例えばDC/DCコンバータ)であってもよい。
つまり、本開示の電源装置は、単相電源または三相電源の外部電源に接続可能であり、交流フィルタ103A(第1負荷部に対応)と交流フィルタ103B(第2負荷部に対応)とを有し、交流フィルタ103Aは外部電源(第1の実施の形態の場合は、外部電源の接地端部)にニュートラルラインで電気的に接続(第1のニュートラルラインに対応)され、交流フィルタ103Bは第1のニュートラルライン上の合流点(第4電力線A2および第5電力線B2が電気的に接続される点)とニュートラルライン(第2のニュートラルラインに対応)で電気的に接続されるように構成してもよい。この場合に、第1のニュートラルラインと接地線Gとの間に第1容量部A3が、第2のニュートラルラインと接地線Gとの間に第2容量部A4が配置される。また、この場合にニュートラルライン上にスイッチを有するように構成するようにしてもよい。また、第1の実施の形態の場合、スイッチ部は上述した合流点よりも交流フィルタ103A側に配置される。
ここで、ニュートラルラインとは、交流フィルタと外部電源の非接地端部とを接続するための接続線(第2の実施の形態では、正接状態時に交流フィルタと外部電源の非接地端部とを接続するための接続線)のことである。本開示のニュートラルラインは電源装置の交流フィルタと外部電源の非接地端部とを接続する接続線の全てを含む必要があるわけではなく、少なくともその一部を含んでいればよい。本開示の電源装置において、第1のニュートラルラインとは第1負荷部と外部電源とを電気的に接続するためのニュートラルラインであり、第2のニュートラルラインとは第2負荷部と外部電源とを電気的に接続するためのニュートラルラインである。より具体的には、第2のニュートラルラインは、上述した第1のニュートラルライン上の合流点と第2負荷部とを接続するラインである。
また、第1の実施の形態の場合、スイッチは単相電源の接地端部(第2の実施の形態の場合、外部電源の非接地端部)に第1のニュートラルラインが電気的に接続された場合に遮断されるように制御してもよいし、第1のニュートラルラインが三相電源の接地端部(第2の実施の形態の場合、外部電源の接地端部)に電気的に接続された場合に導通するように制御しても良い。
その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
2019年3月26日出願の特願2019-059137および特願2019-059143の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本開示の電源装置は、単相電源の接続に起因する漏洩電流を低減することがすることが可能な電源装置、車両および切替制御装置として有用である。
1 車両
2 バッテリー
10 三相電源
10A 第1交流電源
10B 第2交流電源
10C 第3交流電源
20 単相電源
100 電源装置
101A 第1端子
101B 第2端子
101C 第3端子
102 第4端子
103A 交流フィルタ
103B 交流フィルタ
103C 交流フィルタ
104A 力率改善回路
104B 力率改善回路
104C 力率改善回路
105 第1スイッチ
106 第2スイッチ
107 電源検知部
108 制御部
109 逆接検知部
A1 第1電力線
A2 第4電力線
A3 第1容量部
A4 第2容量部
B1 第2電力線
B2 第5電力線
B3 第3容量部
B4 第4容量部
C1 第3電力線
C2 第6電力線
C3 第5容量部
C4 第6容量部
D 電力線
G 接地線

Claims (16)

  1. 単相電源および三相電源を接続可能な電源装置であって、
    第1電力線に接続され、前記単相電源の非接地端部および接地端部と、前記三相電源の第1非接地端部との何れかに接続可能な第1端子と、
    第2電力線に接続され、前記三相電源の第2非接地端部に接続可能な第2端子と、
    第3電力線に接続され、前記三相電源の第3非接地端部に接続可能な第3端子と、
    第4電力線、第5電力線および第6電力線に接続され、前記単相電源の前記非接地端部および前記接地端部と、前記三相電源の接地端部との何れかに接続可能な第4端子と、
    前記第1電力線および前記第4電力線に設けられる第1負荷部と、
    前記第2電力線および前記第5電力線に設けられる第2負荷部と、
    前記第3電力線および前記第6電力線に設けられる第3負荷部と、
    前記第1電力線、前記第2電力線、前記第3電力線、前記第4電力線、前記第5電力線および前記第6電力線のそれぞれとグランドとの間に設けられる複数の容量部と、
    前記第4電力線、前記第5電力線および前記第6電力線の少なくとも1つの電力線を導通および不通の何れかに切り替えるスイッチ部と、
    を備え、
    前記スイッチ部は、前記単相電源が前記第1端子および前記第4端子に接続された場合、前記電力線を不通とする、
    電源装置。
  2. 前記スイッチ部は、前記第5電力線および前記第6電力線の少なくとも1つに設けられる、
    請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記第1端子、前記第2端子、前記第3端子および前記第4端子に接続された電源の種類を検知する電源検知部を備える、
    請求項1に記載の電源装置。
  4. 電源の種類が前記単相電源である場合、前記スイッチ部を不通にし、前記電源の種類が前記三相電源である場合、前記スイッチ部を導通にするように制御する制御部を備える、
    請求項1に記載の電源装置。
  5. 前記スイッチ部は、前記電力線に対応する容量部の前段に設けられている、
    請求項1に記載の電源装置。
  6. 前記第1負荷部、前記第2負荷部および前記第3負荷部は、前記単相電源または前記三相電源から供給される電力をバッテリーに充電する電力に変換するための回路である、
    請求項1に記載の電源装置。
  7. 前記スイッチ部は、前記単相電源の接地端部が前記第4端子に接続され、かつ、前記単相電源の非接地端部が前記第1端子に接続された状態である場合、前記電力線を不通とする、
    請求項1に記載の電源装置。
  8. 前記第1端子および前記第4端子と、前記単相電源との接続状態が逆接状態であることを検知する逆接検知部を備える、
    請求項7に記載の電源装置。
  9. 前記第1端子および前記第4端子と、前記単相電源との接続状態が逆接状態である場合、前記スイッチ部を不通にし、前記接続状態が逆接状態ではない場合、前記スイッチ部を導通にするように制御する制御部を備える、
    請求項7に記載の電源装置。
  10. バッテリーと、
    請求項1に記載の電源装置と、
    を備える車両。
  11. 単相電源および三相電源を接続可能であり、少なくとも前記三相電源の電力が供給される3つの負荷部における各接地電力線の少なくとも1つを導通および不通の何れかに切り替えるスイッチ部を備える電源装置の切替制御装置であって、
    前記電源装置に接続された電源情報を取得する取得部と、
    前記電源装置に接続された電源が前記単相電源である場合、前記各接地電力線の少なくとも1つを不通とするように前記スイッチ部を切り替える切替部と、
    を備える切替制御装置。
  12. 単相電源または三相電源の外部電源に接続可能であり、第1負荷部と第2負荷部とを有する電源装置であって、
    前記第1負荷部は前記外部電源の接地端部に第1のニュートラルラインで電気的に接続され、
    前記第2負荷部は前記第1のニュートラルライン上の合流点と第2のニュートラルラインで電気的に接続され、
    前記第1のニュートラルラインとグランドとの間に設けられる第1の容量部と、
    前記第2のニュートラルラインと前記グランドとの間に設けられる第2の容量部と、
    前記第1のニュートラルライン上に配置されるスイッチ部と、を有し、
    前記スイッチ部は、前記合流点よりも前記第1負荷部側に配置される、
    電源装置。
  13. 前記スイッチ部は前記単相電源の接地端部に前記第1のニュートラルラインが電気的に接続された場合に遮断される、
    請求項12に記載の電源装置。
  14. 前記スイッチ部は前記三相電源の接地端部に前記第1のニュートラルラインが電気的に接続された場合に導通される、
    請求項12に記載の電源装置。
  15. 第3負荷部をさらに有し、
    前記第3負荷部は前記合流点と第3のニュートラルラインで電気的に接続されている、
    請求項12に記載の電源装置。
  16. 前記第1負荷部および前記第2負荷部は、交流フィルタまたは力率改善回路またはDC/DCコンバータである、
    請求項12に記載の電源装置。
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