JPH10290529A - 電気自動車の電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】商用電源負荷の漏電が生じても電気自動車本体
の電気回路系の異常を招来することがない電気自動車の
電源装置を提供すること。 【解決手段】走行モーターまたは車載補機に給電するバ
ッテリ１がインバータ回路３１〜３４を通じて商用電源
負荷４に給電し、漏電検出回路５がバッテリ１から漏出
する地絡電流を検出して電気回路系の漏電を検出する。
更に、漏電検出回路５は漏電を検出した場合に、商用電
源負荷４への給電だけをまず遮断する。このようにすれ
ば、商用電源負荷４において漏電が生じても、商用電源
負荷４への給電回路系のみをまず優先して遮断するの
で、これにより電気自動車本体の電気回路系（たとえば
走行モーターまたは車載補機）への給電に支障を来すこ
となく、感電や電気自動車本来の機能の低下といった重
大な問題の発生を速やかに防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電動車両に搭載され
て走行モータ給電用の直流電源電力から商用周波数の交
流電源電力を形成する電気自動車の電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、排気ガス問題を主因として走行動
力の一部または全部をバッテリで賄う電気自動車（ハイ
ブリッド自動車を含む）の開発が進められている。この
ような電気自動車で商用電源負荷（商用交流電圧で駆動
される電気負荷）を駆動するには、上記バッテリから得
られる直流電圧を直交変換及び電圧調整して商用電源負
荷へ給電する方式が簡単である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気自
動車の上記バッテリは高圧大容量であり、その内部イン
ピーダンスや配線インピーダンスも小さいので、商用電
源負荷で漏電が生じると、他の電気負荷や制御回路など
に地絡電流が回り込んで誤動作が生じたりする可能性が
考えられる。

【０００４】すなわち、電気自動車では、従来の内燃機
関自動車とは異なって電気自動車の走行動力や補機動力
の供給及びその制御に共通のバッテリから給電している
ために、商用電源負荷の漏電は、電気自動車本体の電気
回路系の異常を招来する可能性が生じるという問題があ
った。また、バッテリが車体に漏電した状態で作業者が
車体に触れながらメンテナンスを実施した場合、作業者
が感電する危険がある。特に、商用電源のコンセント
（電気自動車の電源装置の出力端子）は、ユ−ザ−に開
放されているため、漏電に陥る可能性が他の部位よりも
格段に大きい。

【０００５】それ以外にも、上記バッテリを使用した他
の箇所で漏電している時に、上記のようなユ−ザ−の不
注意で商用電源のコンセントが車体に接触した場合、発
生する火花によってユ−ザ−を負傷させる可能性も考え
られる。また、コンセントが車体に接触しなくてもユ−
ザ−が車体とコンセントとの両方を同時に触れば、ユ−
ザ−が感電してしまうという問題があった。

【０００６】本発明は上記問題に鑑みなされたものであ
り、商用電源負荷の漏電が生じても電気自動車本体の電
気回路系の異常を招来することがない電気自動車の電源
装置を提供することをその目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の構成によ
れば、走行モーターまたは車載補機に給電するバッテリ
がインバータ回路を通じて商用電源負荷に給電し、漏電
検出回路がバッテリから漏出する地絡電流を検出して電
気回路系の漏電を検出する。更に、漏電検出回路は漏電
を検出した場合に、商用電源負荷への給電だけをまず遮
断する。

【０００８】このようにすれば、商用電源負荷において
漏電が生じても、商用電源負荷への給電回路系のみをま
ず優先して遮断するので、これにより電気自動車本体の
電気回路系（たとえば走行モーターまたは車載補機）へ
の給電に支障を来すことなく、感電や電気自動車本来の
機能の低下といった重大な問題の発生を速やかに防止す
ることができる。

【０００９】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の構成において更に、漏電検出回路は、商用電源負荷へ
の給電回路系及び前記走行モーターまたは車載補機への
給電回路系の両方の漏電を検出する。このようにすれ
ば、商用電源負荷への給電遮断後も依然として漏電を検
出する場合には、電気自動車本体の電気回路系（たとえ
ば走行モーターまたは車載補機）の漏電であると判定す
ることができる。

【００１０】請求項３記載の構成によれば請求項１また
は２記載の構成において更に、インバータ回路は走行モ
ーターまたは車載補機への交流電力給電機能も兼用し、
遮断スイッチはインバータ回路と商用電源負荷との間に
介設される。このようにすれば、商用電源負荷の漏電を
検出して商用電源負荷を遮断した場合でも、インバータ
回路により走行モーターまたは車載補機へ必要な交流電
力を給電することができるので、商用電源負荷の漏電保
護機能を低下させることなく回路系を簡素化することが
できる。

【００１１】請求項４記載の構成によれば請求項３記載
の構成において更に、遮断スイッチは、インバータ回路
から走行モーターまたは車載補機への給電と、前記イン
バータ回路から前記商用電源負荷への給電とを切り替え
る切り替えスイッチにより兼用されるので、遮断スイッ
チを節約することができ、回路系を簡素化することがで
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、バッテリのみで駆動さ
れる電気自動車の他、内燃機関の発生動力を走行用電力
に変換するハイブリッド方式の自動車にも適用される。
遮断スイッチとしては、リレーの他、半導体電力スイッ
チを用いることもできる。

【００１３】漏電検出回路としては、バッテリの高位端
及び低位端を接地電位から浮かせるか所定の高インピー
ダンス素子を通じて接続しておき、更にこのバッテリの
高位端または低位端と接地端との間の電位が漏電により
変動するのを検出する回路を採用することができる。ま
た、バッテリの高位端から出る電流とその低位端に戻る
電流の差が漏電により所定値以上となるのを検出する回
路を採用する事ができう。

【００１４】本発明の好適な実施態様を以下の実施形態
を参照して説明する。

【００１５】

【実施例】

（実施例１）本発明の電気自動車の電源装置の一例を図
１に示す回路図を参照して説明する。１は走行用直流電
源である定格電圧２００Ｖの主バッテリ（本発明でいう
バッテリ）、２は制御回路やヘッドライト等に使用され
る補機バッテリ、３は車両用交流電源（本発明でいう商
用電源駆動回路）、４は車体に設置されたコンセントに
接続された外部電気負荷（本発明でいう商用電源負
荷）、５は漏電検出回路、６は車両用交流電源３を操作
する操作盤である。

【００１６】車両用交流電源３は、それぞれＩＧＢＴか
らなる半導体スイッチ３１〜３４と、フライバックダイ
オ−ド３５〜３８と、平滑コンデンサ３ａと、常閉の継
電器（本発明でいう遮断スイッチ）３ｂ、３ｃと、ロー
パスフィルタ用のコイル３ｄと、ローパスフィルタ用の
コンデンサ３ｅと、制御回路３ｆからなる。ハイサイド
スイッチ３１及びローサイドスイッチ３３の一主電極は
遮断スイッチ３ｂ、コイル３ｄを通じて外部電気負荷４
の一端に接続され、これら両スイッチ３１、３３の他の
主電極はバッテリ１の高位端及び低位端に個別に接続さ
れている。ハイサイドスイッチ３２及びローサイドスイ
ッチ３４の一主電極は遮断スイッチ３ｂ、コイル３ｄを
通じて外部電気負荷４の一端に接続され、これら両スイ
ッチ３２、３４の他の主電極はバッテリ１の高位端及び
低位端に個別に接続されている。フライバックダイオ−
ド３５〜３８は、半導体スイッチ３１〜３４に個別に並
列接続されている。これら半導体スイッチ３１〜３４及
びフライバックダイオ−ド３５〜３８からなる単相のイ
ンバータ回路（ＤＣ／ＡＣインバータ）は周知の回路構
成である。

【００１７】コイル３ｄ及びコンデンサ３ｅはローパス
フィルタを構成しており、上記インバータ回路のスイッ
チングによるＰＷＭ波形電圧を平滑化して正弦波電圧を
出力する。補機バッテリ２から電源電圧を給電される制
御回路３ｆは、半導体スイッチ３１〜３４を断続制御し
て上記インバータ回路からＰＷＭ波形電圧を発生させ
る。

【００１８】漏電検出回路５について、図２を参照して
詳細に説明する。図２において、８はバッテリ１から給
電されて走行モーター９へ三相交流電圧を給電するイン
バータ回路である。漏電検出回路５は、発振回路部１０
と検出回路部２０とからなり、発振回路部１０と検出回
路部２０との接続点Ｐとバッテリ１の高位端との間がカ
ップリングコンデンサ１０Ａにより接続されている。発
振回路部１０は、一定周波数の矩形波を発生する発振器
１１と、ボルテージホロワからなるインピーダンス変換
器１２と、インピーダンス変換器１２の出力端に直結さ
れた検出抵抗１３とからなる。

【００１９】発振器１１から出力されたデュ−ティ比５
０％の一定周波数の矩形波パルス電圧はインピーダンス
変換器１２で電流増幅された後、検出抵抗１３を介して
接続点Ｐに出力される。検出抵抗１３は、地絡発生時
に、地路抵抗ｒとともに分圧回路を構成する。検出回路
部２０は、接続点Ｐの電圧レベルを基準電圧と比較する
ための比較器２１を有しており、接続点Ｐは比較器２１
の反転入力端子に接続されている。比較器２１の非反転
入力端子には、分圧抵抗２２、２３によって形成される
上記基準電圧が印加されている。

【００２０】比較器２１の基準電圧Ｖ１は、地路が発生
しない正常時において、接続点Ｐに現れる発振回路１０
の矩形波パルス電圧のピーク値より低く、そのボトム値
より高く設定されている。したがって、比較器２１は、
地路が発生しない場合に、デュ−ティ比５０％の矩形波
パルス電圧を出力する。一方、バッテリ１の低位端に接
続される電気経路に地絡が生じることは、図２に示すよ
うに、バッテリ１の低位端が地絡抵抗ｒを通じて接地さ
れることであり、バッテリ１の高位端に接続される電気
経路に地絡が生じることは、上記と同様にバッテリ１の
高位端が地絡抵抗を通じて接地されることである。した
がって、地絡が生じると、インピーダンス変換器１２か
ら出力される矩形波パルス電圧は、コンデンサ１０Ａの
インピーダンスを無視すれば、検出抵抗１３と地路抵抗
ｒとで分圧されることになり、この分だけ接続点Ｐの電
位すなわち比較器２１に入力される矩形波パルス電圧の
ピーク値が上記基準電圧より低くなり、比較器２１が常
時ローレベルを出力することになる。

【００２１】比較器２１の出力電圧は、抵抗２４および
コンデンサ２５によって時定数を設定した平滑回路２６
により平滑化されて直流化された後、比較器２７で基準
電圧と比較された後、継電器３ｂ、３ｃに出力される。
比較器２７の反転入力端子には、分圧抵抗２８、２９に
よって形成される上記基準電圧が印加されている。これ
により、比較器２７は地絡発生時にハイレベル電圧を、
地絡非発生時にローレベル電圧を制御回路３ｆを通じて
継電器３ｂ、３ｃに出力し、継電器３ｂ、３ｃは地絡発
生時にのみ通電されて遮断される。１５、１６、１７、
１８は、地路発生時にインピーダンス変換器１２および
比較器２１を保護するための保護用ダイオ−ドである。

【００２２】なお、上記説明では、コンデンサ１０Ａの
インピーダンスを無視したが、それを考慮する場合も同
じであることは容易にわかることである。操作盤６から
起動信号が入力されると、制御回路３ｆは継電器３ｂ、
３ｃを投入し半導体スイッチ３１〜３４を駆動して、交
流電圧を外部電気負荷４に供給する。漏電検出回路５が
漏電を検出すると、その信号は制御回路３ｆに送られ、
制御回路３ｆは半導体スイッチ３１〜３４を停止させる
と共に、継電器３ｂ、３ｃを遮断する。

【００２３】また、操作盤６からの信号が停止指令にな
っており、車両用交流電源３が停止している状態で漏電
検出器５から漏電信号が出力されている状態で、操作盤
６から起動信号が入力されても、車両用交流電源３は動
作せず継電器３ｂ、３ｃも投入されない。以上説明した
ように、本実施例によれば、漏電時に外部電気負荷４
は、主バッテリ１から電気的に完全に遮断されるため、
外部電気負荷４や外部電気負荷４と車両用交流電源３と
の接続部にユーザが手を触れても、感電の危険を回避す
ることができる。

【００２４】また、継電器３ｂ、３ｃを遮断した後も、
漏電検出回路５が地絡を検出する場合には、外部電気負
荷４以外の回路系統の地絡であると判定することができ
る。 （実施例２）本発明の電気自動車の電源装置の他の実施
例を図３に示す回路図を参照して説明する。ただし、実
施例１の構成要素と主機能が共通する構成要素には同一
符号を付すものとする。

【００２５】図３の回路は、図１の回路において、ハイ
サイドスイッチからなる半導体スイッチ３５と、ローサ
イドスイッチからなる半導体スイッチ３６と、それらと
個別に接続される一対のダイオードＤを追加して、イン
バータ回路を三相構成とし、この三相インバータ回路の
出力接点に三相交流モータ９ａを接続している。なお、
この三相交流モータ９ａは、空調用コンプレッサ駆動用
モータであるが走行モーターとしてもよい。

【００２６】なお、半導体スイッチ３１、３３の接続点
は、切り替えスイッチ３ｇの共通端子に接続され、三相
交流モータ９ａの一入力端とコイル３ｄの一端とが切り
替えスイッチ３ｇの切り替え端子に個別に接続されてい
る。 （モータ駆動モード）三相交流モータ９ａを駆動する際
には、切り替えスイッチ３ｇをモータ側に切り替え、外
部電気負荷４には給電しない。このとき、継電器３ｃは
遮断しておくことが好適である。 （外部電気負荷給電モード）操作盤６から制御回路３ｆ
に外部電気負荷給電が指令されると、漏電検出回路５か
ら地絡信号が出力されていない状態において、制御回路
３ｆは切り替えスイッチ３ｂを外部電気負荷４側に切り
替え、継電器３ｃを投入する。その後、半導体スイッチ
３１、３２、３４、３５を駆動して、ＰＷＭ方式で単相
交流電圧を発生させて外部電気負荷４に印加する。この
とき、半導体スイッチ３３、３６は常時遮断する。

【００２７】漏電検出回路５が漏電を検出すると、その
信号は制御回路３ｆに送られ、制御回路３ｆは半導体ス
イッチ３１、３２、３４、３５を停止させると共に、切
り替えスイッチ３ｂを三相交流モータ９ａ側に切り替
え、継電器３ｃを遮断する。また、操作盤６が、外部電
気負荷４への給電を停止する指令を制御回路３ｆに出力
しており、車両用交流電源３が停止している状態では、
漏電検出回路５から漏電信号が出力されると、その後、
操作盤６から外部電気負荷４への給電が指令されても、
車両用交流電源３は動作せず、切り替えスイッチ３ｂも
外部電気負荷４に切り替えられることはなく、継電器３
ｃも投入されない。

【００２８】以上説明したこの実施例によれば、漏電時
に外部電気負荷４と主バッテリ１は電気的に完全に遮断
されるため、外部電気負荷４や外部電気負荷４と車両用
交流電源３との接続部に接触しても感電の危険を回避す
ることができる。また、この実施例では、地絡を遮断す
る切り替えスイッチ３及び継電器３ｃをインバータ回路
の出力側に配置するとともに、インバータ回路は、三相
交流モータ９ａへの給電と、外部電気負荷４への給電を
兼用することができる。

【００２９】更に、この実施例では、外部電気負荷４と
三相交流モータ９ａとを切り替える切り替えスイッチ３
ｇが地絡時に外部電気負荷４への給電を遮断するスイッ
チを兼ねるので、回路構成が簡素となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気自動車の電源装置の実施例１を示
す回路図である。

【図２】図１の漏電検出回路５の一例を示す回路図であ
る。

【図３】本発明の電気自動車の電源装置の実施例２を示
す回路図である。

【符号の説明】

１ 主バッテリ（バッテリ） ３ｂ、３ｃ 継電器（遮断スイッチ） ３ｇ 切り替えスイッチ（遮断スイッチ） ４ 外部電気負荷（商用電源負荷） ５ 漏電検出回路 ８ 電力制御回路 ９ 走行モーター

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行モーターまたは車載補機に電力制御回
   路を通じて給電するバッテリと、 前記バッテリから給電されて商用電源負荷に商用交流電
   圧を給電する商用交流電圧発生用のインバータ回路と、 前記走行モーターまたは車載補機は除いて前記商用電源
   負荷と前記バッテリとの間に介設される遮断スイッチ
   と、 前記バッテリから漏出する地絡電流が所定値以上である
   場合に前記遮断スイッチを遮断させる漏電検出回路と、 を備えることを特徴とする電気自動車の電源装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の電気自動車の電源装置にお
   いて、 前記漏電検出回路は、前記商用電源負荷への給電回路系
   及び前記走行モーターまたは車載補機への給電回路系の
   漏電を検出するものであることを特徴とする電気自動車
   の電源装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の電気自動車の電源
   装置において、 前記インバータ回路は前記走行モーターまたは車載補機
   への交流電力給電機能も兼用するものであり、 前記遮断スイッチは、前記インバータ回路と前記商用電
   源負荷との間に介設されることを特徴とする電気自動車
   の電源装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の電気自動車の電源装置にお
   いて、 前記遮断スイッチは、前記インバータ回路から前記走行
   モーターまたは車載補機への給電と、前記インバータ回
   路から前記商用電源負荷への給電とを切り替える切り替
   えスイッチを有することを特徴とする電気自動車の電源
   装置。