WO2015092529A1 - 地絡検出器及び充放電システム - Google Patents

地絡検出器及び充放電システム Download PDF

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栄司 岩見
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a ground fault detector and a charge / discharge system for detecting a ground fault from a conductive cable connecting a power supply device and an electric vehicle.
  • V2H charge / discharge system
  • a storage battery mounted on an electric vehicle plays a role of supplying power.
  • the charging / discharging system 100 includes a power source 101 that is insulated from the ground, an electric vehicle 102, and a conductive cable 103 that connects them.
  • the power source 101 is a charging outlet or the like provided in a house, converts AC power into DC power, charges a storage battery of the electric vehicle 102, and converts DC current discharged from the electric vehicle 102 into AC current. To power the load.
  • the electric vehicle 102 is an automobile equipped with a storage battery.
  • a maximum current of 20V flows through the conductive cable 103, and a ground fault breaker 101a is provided in the power source 101, for example, to ensure electrical safety.
  • the earth leakage breaker 101a compares the forward current flowing through the conductive cable 103 to the automobile side and the return current flowing through the power source side, and if the difference exceeds a predetermined threshold value, the earth leakage occurs. Judgment is made to cut off the current path.
  • a ground fault detector capable of quickly detecting a ground fault in an electric vehicle charger is disclosed (see Patent Document 1). Also, charging / discharging devices for electric vehicles designed to improve safety when power is supplied from a storage battery mounted on an electric vehicle to a load outside the electric vehicle by detecting a ground fault generated by a cable during power supply Is also disclosed (see, for example, Patent Document 2).
  • the present invention has been made in view of the above problems, and even when a ground fault occurs in a conductive cable or the like that connects a power supply device and an electric vehicle, a ground fault detection that appropriately prevents an electric shock to the human body. And a charge / discharge system are provided. Means for solving the problem
  • a ground fault detector is a ground fault detector that detects the occurrence of a ground fault in a conductive cable connecting between a power supply device for charging and discharging electric power and an electric vehicle.
  • a current sensor that detects the current in the conductive cable and a current that is approximately half of the human body protection current as a threshold value, and a ground fault occurs when the detected current detected by the current sensor exceeds the threshold value.
  • a ground fault determination unit that transmits a control signal corresponding to power output stop to either one or both of the power supply device and the electric vehicle.
  • the threshold is preferably about 10 mA.
  • the ground fault determination unit outputs the control signal to both the power supply device and the electric vehicle substantially simultaneously.
  • the ground fault detector further includes communication means for transmitting the control signal to one or both of the power supply device and the electric vehicle.
  • the current sensor is an annular sensor
  • the ground fault detector is further connected in series between the pair of power supply lines of the conductive cable and has a pair of resistance elements having the same resistance value.
  • a ground wire provided so as to pass through the opening of the annular sensor and connecting a neutral point of the pair of resistance elements and ground.
  • the ground fault detector further includes a test current line for correcting an offset of the current sensor provided so as to penetrate the opening of the annular sensor.
  • the ground fault detector may further include a test current line wound around the annular sensor a plurality of times.
  • the current sensor is caused to flow through the test current line, and the current sensor detected when a current of one direction is passed and a current of equal magnitude in the opposite direction. It is preferable that the offset correction is performed so that the average value of the detected currents is arranged at a position where it becomes zero.
  • the current sensor opens a current path from the power supply device and the electric vehicle to the conductive cable, and is disposed at a position where the current detected by the current sensor becomes zero. It is preferable that the offset correction be performed as described above.
  • the ground fault detector is provided integrally with the conductive cable.
  • the ground fault detector is preferably provided in the power supply device.
  • a charge / discharge system includes a power supply device that is insulated from the ground and performs charge / discharge of electric power, an electric vehicle, and a conductive material that connects the power supply device and the electric vehicle.
  • the power supply device includes a circuit breaker or a relay for connecting or opening a current path on the output terminal side, and the circuit breaker or the relay is connected or opened by the control signal. Is preferred.
  • the electric vehicle includes a circuit breaker or a relay for connecting or opening a current path on an output terminal side thereof, and the circuit breaker or the relay of the electric vehicle is connected or disconnected by the control signal. It is preferably opened.
  • FIG.1 (a) is a block diagram which shows the form by which the charging / discharging system which concerns on one embodiment of this invention is used
  • FIG.1 (b) is a functional block diagram of the said charging / discharging system.
  • FIG. 2 is a more detailed functional block diagram of the charge / discharge system.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the charge / discharge system when a ground fault occurs.
  • FIG. 4 is a reference diagram showing the relationship between the current duration in the IEC standard and the DC leakage current.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a charge / discharge system according to Modification 1 of the embodiment.
  • FIG. 6A is an explanatory diagram of a charge / discharge system according to Modification 2 of the embodiment, and FIG.
  • FIG. 6B is an explanatory diagram of a charge / discharge system according to Modification 3 of the embodiment.
  • FIG. 7A is an explanatory diagram of a test current in the ground fault detector provided in the charge / discharge system according to the second modification of the embodiment, and
  • FIG. 7B is an operation at the time of offset correction of the ground fault detector. It is a flowchart which shows a procedure.
  • FIG. 8A is an explanatory diagram of a charge / discharge system according to Modification 4 of the embodiment, and FIG. 8B is a flowchart showing an operation procedure at the time of offset correction of a ground fault detector provided in the charge / discharge system. is there.
  • FIG. 8A is an explanatory diagram of a charge / discharge system according to Modification 4 of the embodiment
  • FIG. 8B is a flowchart showing an operation procedure at the time of offset correction of a ground fault detector provided in the charge / discharge system. is there.
  • FIG. 8A is an explanatory diagram of a charge
  • FIG. 9A is a vertical sectional view of a conductive cable used in the charge / discharge system according to the fifth modification of the embodiment
  • FIG. 9B is an explanatory diagram of the charge / discharge system according to the fifth modification.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a charge / discharge system according to Modification 6 of the embodiment.
  • FIG. 11 is a reference diagram showing an example of a conventional charge / discharge system.
  • the charging / discharging system S can be connected with the alternating current power supply 1, for example, can be utilized by being connected with the distribution board 2 for houses.
  • the charge / discharge system S includes a power supply device 4 connected to the distribution board 2, a conductive cable 5, a ground fault detector 6, and an electric vehicle 7.
  • V2H Vehicle to Home
  • V2H Vehicle to Home
  • the power supply device 4 corresponds to a charging outlet of a house or a charging stand of a public facility, is insulated from the ground, and receives a single-phase AC 100V or 200V from the distribution board 2 through an electric wire.
  • the power supply device 4 includes a conversion unit 4 a that converts AC power into DC power and DC power into AC power.
  • the AC power supplied from the AC power supply 1 is converted into DC power and is electrically driven. It is supplied to the vehicle 7 (specifically, a voltage of 100 to 450 V), and the DC power supplied from the electric vehicle 7 is converted into AC power and supplied to the load 3.
  • the power supply device 4 also includes an electromagnetic relay 4b (or a circuit breaker) for connecting or opening a current path according to a control signal from the ground fault detector 6.
  • the relay 4b is intended to protect a human body when a charging / discharging abnormality occurs, and is provided in the power supply device 4 in advance.
  • the current path can be interrupted by opening the relay 4b (or breaker) provided on the output terminal 4c side. As a result, it is not necessary to stop the output mode of the power supply control unit provided in the power supply device 4, and the power output can be stopped at high speed.
  • the conductive cable 5 corresponds to a current path between the power supply device 4 and the electric vehicle 7.
  • One end of the conductive cable 5 is connected to the power supply device 4 via a power plug or the like, and the other end is connected to the electric vehicle 7 via a charging / discharging connector or the like.
  • the conductive cable 5 has at least a pair of power supply lines through which charging and discharging direct currents respectively flow.
  • the ground fault detector 6 is connected to the conductive cable 5 that connects the power supply device 4 and the electric vehicle 7, and detects the occurrence of a ground fault in the current path between the power supply device 4 and the electric vehicle 7. .
  • the ground fault detector 6 according to the present embodiment includes a current sensor 6a, a pair of ground resistors 6b and 6c, and a ground fault determination unit 6d.
  • the current sensor 6a includes, for example, a returnable magnetic core made of a magnetic material, and an excitation coil wound around the magnetic core in a toroidal shape.
  • the current sensor 6a detects a direct current flowing through the ground line 6f connected to the ground 6e and sequentially outputs it as a sensor output value (detected current).
  • the current sensor 6a detects a change in the magnetic field due to a current flowing through the ground line 6f that passes through the opening formed in the magnetic core and converts it to a current value.
  • the current sensor 6a as an annular sensor, it becomes easy to achieve electrical insulation between the ground wire 6f and the current sensor 6a by covering the outer shape of the current sensor 6a with an insulator.
  • the pair of resistance elements 6 b and 6 c have the same resistance value (for example, 40 K ⁇ ), and are connected in series between the feeder lines of the conductive cable 5.
  • a connection point 6g between the resistance elements 6b and 6c is grounded by a ground line 6f. That is, the ground line 6f connects the connection point 6g and the ground 6e.
  • Each of the resistance elements 6b and 6c may be composed of one resistance element, or may be composed of a plurality of resistance elements having the same combined resistance value.
  • the ground fault determination unit 6d sets the current value of approximately half of the human body protection current as a threshold value, and when the sensor output value (detected current) of the current sensor 6c exceeds the threshold value, the ground fault is detected at any point of the conductive cable 5. Is determined to have occurred. In this case, the ground fault determination unit 6d controls the power output to be stopped for one or both of the power supply device 4 and the electric vehicle 7. Specifically, the ground fault determination unit 6d transmits a control signal for stopping output of power from the power supply device 4 and the electric vehicle 7 to either one or both of the power supply device 4 and the electric vehicle 7, and the relay 4b. , 7b is controlled to open, and the current path is disconnected. In the present embodiment, when each of the grounding resistors 6b and 6c is 40 K ⁇ and the human body protection current is 25 mA, the threshold value is approximately half of the human body protection current or about 10 mA in consideration of variation. To do.
  • the ground fault determination unit 6d can stop the power output from both the power supply device 4 and the electric vehicle 7 substantially simultaneously by transmitting a control signal. For this reason, the power supply can be stopped in any state in which charging is performed from the power supply device 4 side to the electric vehicle 7 side or discharging from the electric vehicle 7 to the power supply device 4 side. As a result, regardless of the charge / discharge state, the electric shock effect on the human body can be reduced.
  • the electric vehicle 7 is an electric vehicle (EV) or a plug-in hybrid vehicle (PHEV) equipped with a storage battery 7a such as a lithium ion battery.
  • the electric vehicle 7 includes an electromagnetic relay 7 b (or a circuit breaker) for connecting or opening a current path according to a control signal from the ground fault detector 6.
  • the relay 7b is intended to protect a human body when a charging / discharging abnormality occurs, and is provided in the electric vehicle 7 in advance.
  • the current path can be interrupted by opening the relay 7b (or circuit breaker) provided on the output terminal 7c side. For this reason, it is not necessary to stop the output mode of the control unit provided in the electric vehicle 7, and the power output can be stopped at high speed.
  • the voltage Vd supplied from the power supply device 4 is 100 to 450V.
  • the grounding resistors 6b and 6c are 40 K ⁇ each.
  • the human body resistance 8 is set in the range of 0.5 to 2.5 K ⁇ .
  • the ground fault determination unit 6d starts control to open the current path.
  • the “human body protection current” in the present embodiment is based on the IEC standard, and the DC leakage current on the horizontal axis does not have a physiologically harmful effect regardless of the current duration on the vertical axis in FIG.
  • the current is set to 25 mA (dotted line Y in the figure) that does not exceed the region ⁇ 2.
  • a current that is approximately half of the human body protection current (approximately 10 mA) is set as the threshold value, and the ground fault detector 6 has a power supply when the sensor output value detected by the current sensor 6a exceeds the threshold value.
  • At least one of the relays 4b and 7b of the device 4 and the electric vehicle 7 is opened.
  • the ground fault determination unit 6d of the ground fault detector 6 can transmit the control signal to stop the power output of both the power supply device 4 and the electric vehicle 7 at substantially the same time.
  • the power supply can be stopped in any state during charging from the power supply device 4 side to the electric vehicle 7 side or discharging from the electric vehicle 7 to the power supply device 4 side, regardless of the charge / discharge state.
  • the electric shock on the human body can be reduced.
  • the ground fault detector 6 includes a communication unit 10 that transmits a control signal for connecting or opening the relay 4b (or the circuit breaker) on the output terminal 4c side of the power supply device 4.
  • the ground fault detector 6 detects a ground fault current of approximately half of the human body protection current or approximately 10 mA or more, the ground fault detector 6 directly controls the relay 4b to be opened. For this reason, the current path can be opened independently regardless of the control state of the power supply device 4, and thus high-speed operation can be realized, so that safety to the human body is ensured.
  • the ground fault detector 6 may be directly controlled to open the relay 7b of the electric vehicle 7 through the communication unit 10.
  • the communication unit 10 can be realized in various forms such as wired, wireless, and power line communication (PLC).
  • Modification 2 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the current sensor 6a is an annular sensor
  • the test current line 11 is passed through the opening of the annular sensor.
  • This test current line 11 is a test line for correcting an offset of the current sensor 6 a provided in the ground fault detector 6.
  • the offset of the current sensor 6a can be corrected by flowing a test current using the test current line 11. Moreover, the ground fault detection by the direct current of the ground fault detector 6 can be accurately performed by the correction. In addition, since the magnitude of the current in one direction is equal to the magnitude of the current in the reverse direction, the offset of the current sensor 6a can be accurately corrected even if the absolute value of the current changes due to a temperature change. (Modification 3) Modification 3 of the present embodiment is illustrated in FIG. Also in the third modification, as in the second modification, the current sensor 6a of the ground fault detector 6 is an annular sensor and the test current line 11 is wound around the current sensor 6a a plurality of times. Is different.
  • the test current for obtaining the same sensor output can be reduced to 1 / N as compared with the case where the number of turns is 1. Therefore, in the third modification, the configuration with lower power consumption is used. The offset of the current sensor can be corrected.
  • Modification 4 of the present embodiment will be described with reference to FIG. 8A, at the time of offset correction of the current sensor 6a, the relay 4b (or circuit breaker) on the power supply device 4 side and the relay 7b (or circuit breaker) on the electric vehicle 7 side. ) On both sides.
  • the main circuit of the ground fault detector 6 is electrically insulated on either side of the power supply device 4 and the electric vehicle 7, and at this time, the ground line 6f is connected to the power source. Since the device 4 is not connected, naturally no current flows through the ground line 6f. In this case, by correcting the position so that the output value of the current sensor 6a becomes zero, the current sensor 6 can be offset-corrected, and the cost and power consumption can be reduced with a configuration that does not require a test current line and a test current. Can be made.
  • the conductive cable 5 is connected to the neutral point of a pair of feeders 5a and resistance elements 6b and 6c through which a direct current flows during charging and discharging. It consists of a sheath 5c of insulating resin that covers the wire 5b and the ground wire 5b.
  • the conductive cable 5 has a control unit not shown, and as shown in FIG. 9B, the conductive cable 5 accommodates the ground fault detector 6 inside the control unit or the like.
  • the ground wire 5b is connected to the ground provided on the power supply device 4 side, and the ground wire 5b is included in the conductive cable 5 and integrated.
  • the ground wire 5b can be arrange
  • the power supply device 4 includes a ground fault detector 6.
  • the conductive cable 5 can be reduced in size and weight, and the charge / discharge work can be facilitated while preventing electric shock to the human body. it can.
  • the present invention is not limited to the configuration of the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

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Abstract

地絡検出器は、電力の充放電を行うための電源装置と、電動車両との間を接続する導電性ケーブルにおける地絡の発生を検出する。この地絡検出器は、前記導電性ケーブルでの電流を検出する電流センサと、人体保護電流の略半分の電流を閾値とし、前記電流センサで検出される検出電流が前記閾値を超える場合に地絡が発生していると判断し、前記電源装置及び前記電動車両の何れか一方又は両方に対して電力の出力停止に対応する制御信号を送信する地絡判断部と、を備える。

Description

地絡検出器及び充放電システム
　本発明は、電源装置と電動車両とを繋ぐ導電性ケーブルからの地絡を検出する地絡検出器及び充放電システムに関する。
　近年、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）に搭載されている蓄電池に蓄えたエネルギーを放電させて自動車以外の負荷、例えば、住宅内の電気製品に給電する充放電システム（Ｖ２Ｈ：Ｖｅｈｉｃｌｅ−ｔｏ−Ｈｏｍｅ）が普及してきている。この充放電システムは、電力供給の役割を、電気自動車に搭載された蓄電池に担わせている。
　このような従来の充放電システムを、図１１を参照して説明する。充放電システム１００は、大地と絶縁された電源１０１と、電動車両１０２と、これらを接続する導電性ケーブル１０３とを備えている。電源１０１は、住宅に設けられた充電コンセントなどであり、交流電力を直流電力に変換して電動車両１０２の蓄電池を充電し、また、電動車両１０２から放電される直流電流を交流電流に変換して負荷に給電する。電動車両１０２は、蓄電池を搭載した自動車である。
　充放電システム１００においては、最大２０Ｖの電流が導電性ケーブル１０３に流れることが想定されており、電気的安全確保のため、例えば電源１０１に漏電ブレーカ１０１ａが設けられる。漏電ブレーカ１０１ａは、導電性ケーブル１０３を自動車側に流れる往きの電流と、電源側に流れる戻りの電流とを比較して、その差が所定の閾値を超えた場合に漏電が発生していると判断して電流経路を遮断する。
　自動車を利用した充放電システムに関しては、例えば、電動車両用充電器における地絡を迅速に検出できる地絡検出器が開示されている（特許文献１参照）。また、給電中にケーブルなどで発生した地絡を検出することで、電気車両に搭載されている蓄電池から電気車両外の負荷へ給電する際の安全性向上を図った電気車両用充放電装置なども開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０１０−２３９８３７号公報 ＷＯ２０１３／０５１４８４
　しかしながら、上述のＶ２Ｈなどの充放電システムを想定した場合に、漏電ブレーカや電流経路を遮断するリレーが設けられる位置によっては、適切に人体を保護できない箇所が生じるという問題がある。これは、Ｖ２Ｈなどの充放電システムおいては、導電性ケーブルを介した人体への地絡事故が主に想定されており、この場合、人体抵抗や電動車両の絶縁抵抗をも考慮した地絡検出をする必要があるためである。
　また、上述の充放電システム１００を構成する電源１０１、電動車両１０２、及び導電性ケーブル１０３のいずれかの箇所で地絡が発生しても人体を適切に保護できるようにする必要が有る。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電源装置と電動車両とを接続する導電性ケーブルなどで地絡が生じた場合においても、適切に人体への感電を防止した地絡検出器及び充放電システムを提供する。
課題を解決するための手段
　本発明の一実施形態による地絡検出器は、電力の充放電を行うための電源装置と、電動車両との間を接続する導電性ケーブルにおける地絡の発生を検出する地絡検出器であって、前記導電性ケーブルでの電流を検出する電流センサと、人体保護電流の略半分の電流を閾値とし、前記電流センサで検出される検出電流が前記閾値を超える場合に地絡が発生していると判断し、前記電源装置及び前記電動車両の何れか一方又は両方に対して電力の出力停止に対応する制御信号を送信する地絡判断部と、を備えることである。
　この地絡検出器において、前記閾値は、略１０ｍＡであることが好ましい。
　この地絡検出器において、前記地絡判断部は、前記電源装置と前記電動車両との両方に、略同時に前記制御信号を出力することが好ましい。
　この地絡検出器において、さらに、前記電源装置及び前記電動車両の一方又は両方に前記制御信号を送信する通信手段を備えることが好ましい。
　この地絡検出器において、前記電流センサは環状センサであり、前記地絡検出器は、さらに、前記導電性ケーブルの前記一対の給電線間に直列接続され、互いに抵抗値が等しい一対の抵抗素子と、前記環状センサの開口部を貫通するように設けられ、前記一対の抵抗素子の中性点とアースとを接続した接地線とを備えることが好ましい。
　この地絡検出器において、前記環状センサの開口部を貫通するように設けられる当該電流センサのオフセットを補正するための試験電流線を更に含むことが好ましい。
　この地絡検出器において、前記環状センサに複数回巻回される試験電流線を更に含むことでもいい。
　この地絡検出器において、前記電流センサは前記試験電流線に流す、一方向の電流を流した時の電流センサの検出電流と、逆方向に大きさの等しい電流とを流した時の電流センサの検出電流の平均値がゼロになる位置に配置されるようにオフセット補正されていることが好ましい。
　この地絡検出器において、前記電流センサは、前記電源装置及び前記電動車両から前記導電性ケーブルへの電流経路を開放し、この時の前記電流センサの検出電流がゼロになる位置に配置されるようにオフセット補正されていることが好ましい。
　この地絡検出器において、前記地絡検出器は、前記導電性ケーブルと一体に備わることが好ましい。
　この地絡検出器において、前記地絡検出器は、前記電源装置に備わることが好ましい。
　また、本発明の他の実施形態による充放電システムは、大地と絶縁されて電力の充放電を行うための電源装置と、電動車両と、前記電源装置及び前記電動車両の間を接続する導電性ケーブルと、前記いずれかの地絡検出器と、を備えることである。
　この充放電システムにおいて、前記電源装置は、その出力端子側において、電流経路を接続又は開放するための遮断器又はリレーを備え、前記遮断器又は前記リレーは前記制御信号により接続又は開放されることが好ましい。
　この充放電システムにおいて、前記電動車両は、その出力端子側において、電流経路を接続又は開放するための遮断器又はリレーを備え、前記電動車両の前記遮断器又は前記リレーは前記制御信号により接続又は開放されることが好ましい。
　図１（ａ）は本発明の一実施の形態に係る充放電システムが用いられる一形態を示す構成図、図１（ｂ）は当該充放電システムの機能ブロック図である。
　図２は前記充放電システムのより詳細な機能ブロック図である。
　図３は地絡発生時における前記充放電システムの等価回路図である。
　図４はＩＥＣ規格における電流継続時間と直流漏電電流との関係を示す参考図である。
　図５は前記実施の形態の変形例１に係る充放電システムの説明図である。
　図６（ａ）は前記実施の形態の変形例２に係る充放電システムの説明図、図６（ｂ）は前記実施の形態の変形例３に係る充放電システムの説明図である。
　図７（ａ）は前記実施の形態の変形例２に係る充放電システムに備わる地絡検出器での試験電流の説明図、図７（ｂ）は前記地絡検出器のオフセット補正時の動作手順を示すフローチャートである。
　図８（ａ）は前記実施の形態の変形例４に係る充放電システムの説明図、図８（ｂ）は前記充放電システムに備わる地絡検出器のオフセット補正時の動作手順を示すフローチャートである。
　図９（ａ）は前記実施の形態の変形例５に係る充放電システムに用いる導電性ケーブルの垂直方向断面図、図９（ｂ）は前記変形例５に係る充放電システムの説明図である。
　図１０は前記実施の形態の変形例６に係る充放電システムの説明図である。
　図１１は従来の充放電システムの一例を示す参考図である。
（実施の形態）
　本発明の一実施の形態に係る地絡検出器について図面を参照して説明する。図１（ａ）に示すように、充放電システムＳは、交流電源１に接続された、例えば、住宅用分電盤２に連結されて利用されることができる。図１（ｂ）に示すように、充放電システムＳは、分電盤２と接続された電源装置４と、導電性ケーブル５と、地絡検出器６と、電動車両７を含む。このような充放電システムＳは、Ｖ２Ｈ（Ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｏ　Ｈｏｍｅ）と呼ばれており、電力の供給と需要のギャップを調整する役割を、電動車両７の蓄電池に担わせるものである。
　電源装置４は、住宅の充電コンセントや公共施設の充電スタンドなどに対応し、大地と絶縁され、単相交流１００Ｖや２００Ｖなどを分電盤２から電線を介して受ける。電源装置４は、図２に示すように、交流電力を直流電力に、直流電力を交流電力に変換する変換部４ａを備え、交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換して電動車両７に供給（具体的には１００~４５０Ｖの電圧）し、電動車両７から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷３に供給する。
　電源装置４は、また、図２に示すように、地絡検出器６からの制御信号により、電流経路が接続又は開放されるための電磁的なリレー４ｂ（又は遮断器）を備える。リレー４ｂは、充放電異常が発生した場合の人体保護を目的としており、電源装置４に予め設けられている。この構成により、地絡発生時などのように電力出力を停止する必要があるときに、出力端子４ｃ側に設けられたリレー４ｂ（又は遮断器）を開放することで電流経路を遮断できる。それによって、電源装置４に備わる電源制御部の出力モードを停止処理する必要がなく、高速に電力の出力停止を実行できる。
　導電性ケーブル５は、電源装置４と電動車両７との間の電流経路に対応する。導電性ケーブル５の一端は、電源プラグなどを介して電源装置４に接続され、他端は充放電用コネクタなどを介して電動車両７に接続される。なお、導電性ケーブル５は、充電用と放電用の直流電流がそれぞれ流れる少なくとも一対の給電線を有する。
　地絡検出器６は、電源装置４と電動車両７との間を接続する導電性ケーブル５に接続されて、電源装置４と電動車両７との間の電流経路における地絡の発生を検出する。本実施の形態に係る地絡検出器６は、図２に示すように、電流センサ６ａ、一対の接地抵抗６ｂ，６ｃ、及び地絡判断部６ｄを備える。
　電流センサ６ａは、例えば、磁性体からなる還状の磁性体コアと、上記磁性体コアにトロイダル（ＴＯＲＯＩＤＡＬ）状に巻回された励起コイルを備える。電流センサ６ａはアース６ｅに接続された接地線６ｆに流れる直流電流を検出してセンサ出力値（検出電流）として逐次出力する。具体的には、電流センサ６ａは、磁性体コアに形成された開口部を貫通する接地線６ｆを流れる電流による磁界の変化を検出して電流値に変換する。なお、電流センサ６ａを環状センサとすることで、電流センサ６ａの外形を絶縁体で覆うなどにより、接地線６ｆと電流センサ６ａ間の電気的な絶縁を図ることが容易となる。
　一対の抵抗素子６ｂ，６ｃは、互いに抵抗値（例えば４０ＫΩ）が等しく、導電性ケーブル５の給電線間に直列接続されている。なお、抵抗素子６ｂ，６ｃ間の接続点６ｇは接地線６ｆによって接地されている。つまり、接地線６ｆは、接続点６ｇとアース６ｅとを接続する。なお、抵抗素子６ｂ，６ｃは各々１つの抵抗素子からなってもよく、各々合成抵抗値が同一になる複数の抵抗素子で構成されてもよい。
　地絡判断部６ｄは、人体保護電流の略半分の電流値を閾値として、電流センサ６ｃのセンサ出力値（検出電流）が当該閾値を超えるときに導電性ケーブル５のいずれかの箇所で地絡が生じていると判断する。この場合、地絡判断部６ｄは、電源装置４と電動車両７の何れか一方又は両方に対して電力出力を停止するよう制御する。具体的には、地絡判断部６ｄは、電源装置４及び電動車両７からの電力を出力停止するための制御信号を電源装置４と電動車両７の何れか一方又は両方に送信し、リレー４ｂ，７ｂの少なくとも一方を開放するように制御して、電流経路を切り離す。また、本実施の形態においては、接地抵抗６ｂ，６ｃのそれぞれを４０ＫΩ、人体保護電流を２５ｍＡとした場合には、ばらつきを考慮して、当該閾値を人体保護電流の略半分、又は略１０ｍＡとする。
　なお、地絡判断部６ｄは、制御信号を送信して、電源装置４と電動車両７の両方からの電力出力を、略同時に停止できる。このため、電源装置４側から電動車両７側に充電中、又は、電動車両７から電源装置４側に放電中のいずれの状態であっても電力供給を停止できる。結果的に、充放電状態に関わらず、人体への感電影響を少なくすることができる。
　電動車両７は、リチウムイオン電池などの蓄電池７ａを搭載した電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）である。電動車両７は、図２に示すように、地絡検出器６からの制御信号により、電流経路を接続又は開放されるための電磁的なリレー７ｂ（又は遮断器）を備える。リレー７ｂは、充放電異常が発生した場合の人体保護を目的としており、電動車両７に予め設けられている。この構成により、地絡発生などのように電力を出力停止すべきときに、出力端子７ｃ側に設けられたリレー７ｂ（又は遮断器）を開放することで電流経路を遮断できる。このため、電動車両７に備わる制御部の出力モードを停止処理する必要がなく、高速に電力の出力停止を実行できる。
　次に、充放電時において、人体からの地絡と電動車両７からの地絡が導電性ケーブル５の一対の給電線で発生した場合の地絡電流の流れに関して、図３を参照して説明する。
　図３では、電源装置４から供給される電圧Ｖｄは、１００~４５０Ｖとする。接地抵抗６ｂ，６ｃはそれぞれ４０ＫΩである。人体抵抗８は、０．５~２．５ＫΩの範囲内に設定する。電動車両７に電源装置４からの電圧を加えると、電動車両７の表面や絶縁物内にわずかな電流が流れる。この際、電動車両７の絶縁抵抗７ｄが１００Ω／Ｖであると仮定すると、例えば、電源装置４の電圧４５０Ｖの場合は、車両の絶縁抵抗７ｄは４５ＫΩとなる。なお、絶縁劣化を生じた電動車両７は、絶縁抵抗７ｄが低下して漏れ電流が大きくなる。
　そして、図３に示す回路では、人体へ流れる地絡電流が人体保護電流の２５ｍＡになると、地絡検出器６の電流センサ６ａで検出する電流が略１０ｍＡとなる。すなわち、地絡検出器６の電流センサ６ａが人体保護電流（約２５ｍＡ）の略半分、又は略１０ｍＡの電流を検出すると、地絡判断部６ｄは電流経路を開放する制御を開始する。
　ここで、地絡発生時における人体保護のための人体保護電流を、図４を参照して説明する。本実施の形態における「人体保護電流」は、ＩＥＣ規格に基づいており、図４の縦軸の電流継続時間に関わらず横軸の直流漏電電流が生理学的に有害な影響は出ないとするＤＣ−２の領域を超えない電流２５ｍＡ（図中の点線Ｙ）として設定している。
　以上のように、本実施形態では人体保護電流の略半分の電流（略１０ｍＡ）が閾値として設定され、地絡検出器６は電流センサ６ａで検出したセンサ出力値が当該閾値を超える場合において電源装置４及び電動車両７の少なくとも一方のリレー４ｂ，７ｂを開放する。このことで、導電性ケーブル５を介した地絡発生時に人体に流れる電流を２５ｍＡ以下に収め、電源装置４、導電性ケーブル５及び電動車両７のいずれかの箇所で地絡が生じても人体を適切に保護できる。また、電源装置４及び電動車両７の少なくとも一方のリレー４ｂ，７ｂを開放することで人体保護を図れるため、構成の簡略化や低コスト化をも図ることができる。
　なお、本実施の形態において、地絡検出器６の地絡判断部６ｄは、制御信号を送信して、電源装置４と電動車両７の両方の電力出力を、略同時に出力停止できる。この場合、電源装置４側から電動車両７側に充電中、又は、電動車両７から電源装置４側に放電中のいずれの状態であっても電力供給を停止できるので、充放電状態に関わらず、人体への感電影響を少なくすることができる。
（変形例１）
　本実施の形態の変形例１について、図５を参照して説明する。本変形例１において、地絡検出器６は、電源装置４の出力端子４ｃ側のリレー４ｂ（又は遮断器）を接続又は開放するための制御信号を送信する通信部１０を備えている。この構成により、地絡検出器６が人体保護電流の略半分又は略１０ｍＡ以上の地絡電流を検出したとき、地絡検出器６はリレー４ｂを開放するように直接制御する。このため、電源装置４の制御状態とは無関係に独立して電流経路を開放することができ、よって、高速動作が実現できるため、人体への安全が確保される。なお、図示はしていないが、地絡検出器６は通信部１０を通じて電動車両７のリレー７ｂを開放するように直接制御することも考え得る。また、通信部１０は有線、無線、電力線通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ　Ｌｉｎｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）など種々の形態で実現できる。
（変形例２）
　本実施の形態の変形例２について、図６（ａ）を参照して説明する。本変形例２においては、図６（ａ）に示すように、電流センサ６ａを環状センサとし、環状センサの開口部に試験電流線１１を貫通させている。この試験電流線１１は、地絡検出器６に備わる電流センサ６ａのオフセットを補正するための試験線である。この構成により、本変形例２では、試験電流線１１を用いて、地絡検出器６の動作確認を行うことができ、電流センサ６ａの感度を高精度に維持できる。また、試験電流線１１は接地線６ｆとは独立しているため、接地線６ｆへの電磁的影響を少なくすることができる。
　次に、試験電流線１１を用いて電流センサ６ａのオフセット補正を行う動作について、図７を参照して説明する。本変形例３は、図７（ａ）に示すように、試験電流線１１に試験電流として、一方向の第１電流を流し、第１電流と大きさの等しい逆方向の第２電流を流すことで地絡検出器６の電流センサ６ａのオフセット補正を行う。
　以下、本変形例２に係る地絡検出器６のオフセット補正の動作手順を、図７（ｂ）のフローチャーを参照して説明する。最初に、接地線６ｆには電流が流れていない状態において、試験電流線１１に一方向への直流電流を流し（Ｓ７１）、地絡検出器６の電流センサ６ａにおけるセンサ出力値１を得る（Ｓ７２）。次に、試験電流線１１に前記一方向への直流電流と大きさは同一であり方向は反対である直流電流を流し（Ｓ７３）、地絡検出器６の電流センサ６ａにおけるセンサ出力値２を得る（Ｓ７４）。最後に、（センサ出力値１＋センサ出力値２）の平均値がゼロになるよう電流センサ６ａの位置を修正する補正を行う（Ｓ７５）。
　この構成により、本変形例２では、試験電流線１１を用いて試験電流を流すことにより、電流センサ６ａのオフセットを補正することができる。また、当該補正により地絡検出器６の直流電流による地絡検出が精度よく行える。また、一方向の電流と、逆方向の電流の大きさが等しいため、電流の絶対値が温度変化により変化しても精度良く電流センサ６ａのオフセットの補正が行える。
（変形例３）
　本実施形態の変形例３が、図６（ｂ）に図示される。本変形例３においても、変形例２と同様に、地絡検出器６の電流センサ６ａは環状センサであって、電流センサ６ａに試験電流線１１が複数回巻回していることが変形例２と相違している。このため、巻回数をＮにすると、巻回数が１の場合に比べて同じセンサ出力を得るための試験電流を１／Ｎと低減できるため、本変形例３では、より低消費電力の構成で電流センサのオフセットを補正することができる。
（変形例４）
　本実施形態の変形例４について、図８を参照して説明する。本変形例４においては、図８（ａ）に示すように、電流センサ６ａのオフセット補正時に、電源装置４側のリレー４ｂ（又は遮断器）と、電動車両７側のリレー７ｂ（又は遮断器）とを、いずれの側とも開放する。
　また、本変形例４に係る地絡検出器６のオフセット補正の動作手順を、図８（ｂ）のフローチャーを参照して説明する。最初に、接地線６ｆには電流が流れていないことが確保されている状態において、電源装置４及び電動車両７のリレー４ｂ，７ｂも開放する（Ｓ８１）。次に、このときの電流センサ６ａからのセンサ出力値がゼロになるように電流センサ６ａの位置を修正するオフセット補正を行う（Ｓ８２）。
　このように、本変形例４では、電源装置４及び電動車両７のいずれの側とも地絡検出器６の主回路は電気的に絶縁されている状態とし、このとき、接地線６ｆには電源装置４が接続されていないので、当然接地線６ｆには電流が流れない。この場合における電流センサ６ａの出力値がゼロになるように位置を補正することで、電流センサ６をオフセット補正することができ、試験電流線及び試験電流が不要な構成で費用及び消費電力を減少させることができる。
（変形例５）
　本実施形態の変形例５について、図９を参照して説明する。本変形例５おいて、導電性ケーブル５は、図９（ａ）に示すように、充放電時に直流電流が流れる一対の給電線５ａ、抵抗素子６ｂ，６ｃの中性点に接続される接地線５ｂ、及び接地線５ｂを被覆する絶縁樹脂の外皮５ｃからなる。また、導電性ケーブル５は示していないコントロールユニットなどを有し、図９（ｂ）に示すように、導電性ケーブル５は、地絡検出器６を上記コントロールユニットなどの内部に収容される。この構成により、接地線５ｂは電源装置４側に備わるアースに接続され、接地線５ｂを導電性ケーブル５内に含ませて一体化する構成がとれる。また、接地線５ｂをケーブル外皮５ｃに沿うように配置できるので、人体の感電の可能性を低減できる。
（変形例６）
　本実施形態の変形例６について、図１０を参照して説明する。本変形例６において、電源装置４が地絡検出器６を備えている。この構成では、導電性ケーブル５が地絡検出器６を備えることが不要となるので導電性ケーブル５の小型軽量化が可能となり、人体への感電防止を図りつつ充放電作業を楽にすることができる。なお、本発明は、上記実施の形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。

Claims (14)

  1. 　電力の充放電を行うための電源装置と、電動車両との間を接続する導電性ケーブルにおける地絡の発生を検出する地絡検出器であって、
    　前記導電性ケーブルでの電流を検出する電流センサと、
    　人体保護電流の略半分の電流を閾値とし、前記電流センサで検出される検出電流が前記閾値を超える場合に地絡が発生していると判断し、前記電源装置及び前記電動車両の何れか一方又は両方に対して電力の出力停止に対応する制御信号を送信する地絡判断部と、を備える地絡検出器。
  2. 　前記閾値は、略１０ｍＡである請求項１記載の地絡検出器。
  3. 　前記地絡判断部は、前記電源装置と前記電動車両との両方に、略同時に前記制御信号を出力することである請求項１又は２記載の地絡検出器。
  4. 　さらに、前記電源装置及び前記電動車両の一方又は両方に前記制御信号を送信する通信手段を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の地絡検出器。
  5. 　前記電流センサは環状センサであり、
    　前記地絡検出器は、さらに、
    　前記導電性ケーブルの前記一対の給電線間に直列接続され、互いに抵抗値が等しい一対の抵抗素子と、
    　前記環状センサの開口部を貫通するように設けられ、前記一対の抵抗素子の中性点とアースとを接続した接地線とを備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載の地絡検出器。
  6. 　前記環状センサの開口部を貫通するように設けられる当該電流センサのオフセットを補正するための試験電流線を更に含む請求項５記載の地絡検出器。
  7. 　前記環状センサに複数回巻回される試験電流線を更に含む請求項５記載の地絡検出器。
  8. 　前記電流センサは前記試験電流線に流す、一方向の電流を流した時の電流センサの検出電流と、逆方向に大きさの等しい電流とを流した時の電流センサの検出電流の平均値がゼロになる位置に配置されるようにオフセット補正されている請求項６又は７に記載の地絡検出器。
  9. 　前記電流センサは、前記電源装置及び前記電動車両から前記導電性ケーブルへの電流経路を開放し、この時の前記電流センサの検出電流がゼロになる位置に配置されるようにオフセット補正されている請求項６又は７に記載の地絡検出器。
  10. 　前記地絡検出器は、前記導電性ケーブルと一体に備わる請求項１乃至９のいずれか一項に記載の地絡検出器。
  11. 　前記地絡検出器は、前記電源装置に備わる請求項１乃至９のいずれか一項に記載の地絡検出器。
  12. 　大地と絶縁されて電力の充放電を行うための電源装置と、電動車両と、前記電源装置及び前記電動車両の間を接続する導電性ケーブルと、前記請求項１乃至１１のいずれかに記載の地絡検出器と、を備える充放電システム。
  13. 　前記電源装置は、その出力端子側において、電流経路を接続又は開放するための遮断器又はリレーを備え、前記遮断器又は前記リレーは前記制御信号により接続又は開放される請求項１２に記載の充放電システム。
  14. 　前記電動車両は、その出力端子側において、電流経路を接続又は開放するための遮断器又はリレーを備え、前記電動車両の前記遮断器又は前記リレーは前記制御信号により接続又は開放される請求項１２又は１３に記載の充放電システム。
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