WO2011074244A1 - 自動車用充電装置 - Google Patents

Abstract

　制御装置と、電源コードと、自動車に接続される充電ケーブルとを備え、制御装置は、充電ケーブル、あるいは自動車での漏電を検知する漏電検知部と、充電ケーブルと自動車との接続を検知する接続検知部と、電源コードから充電ケーブルへの通電を司る電源遮断部とを含み、制御装置は、商用電源が供給された状態で、予め定められた場合に漏電検知部を作動させる機能を備える。

Description

自動車用充電装置

　本発明は、電気自動車、ハイブリッド自動車等の、外部の商用あるいは設備用の電源から充電することを必要とする自動車に充電するために用いられる充電装置に関するものである。

　従来の電気自動車用あるいはハイブリッド自動車用の充電装置としては、充電装置が予め外部の電源に接続されている状態で、その後自動車側にも接続された場合、漏電検知機能が駆動を開始し、充電装置に異常があるか否かの判定を行うように構成されている。

　あるいは、充電装置が予め電源に接続されていない状態で、充電装置が自動車側に接続されると、充電装置が電源に接続される前に充電システムに異常があるか否かの判定を行うように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４２５４８９４号

　しかしながら、前記従来の構成では、充電装置が予め外部の電源に接続されている状態で、その後充電装置に自動車側が接続されていない状態において、例えば充電ケーブル部が要因となって漏電が生じている場合、あるいは電源から充電装置本体の外殻に対して漏電が生じている場合に、漏電を検知することができず、使用者がそれぞれ充電ケーブル、または外殻に触れた場合にも漏電による影響を受けるという課題を有する。

　また、充電装置が電源に接続される前に充電システムに異常があるか否かの判定を行う構成のものでは、自動車側から充電装置駆動用の電源を供給する必要があり、その結果、自動車のバッテリー等に蓄えられている電力を消費し、自動車の本質機能である走行距離を短くしてしまうという課題を有する。稀に、充電装置を外部の電源に接続する必要がないようにするため、充電装置自らが駆動用の電源を有している場合もあるが、その場合には部品点数が多く、また構造が大きく複雑となり、信頼性に劣る、使い勝手が悪いという課題を有する。

　本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、安全性を向上しつつ、自動車の本質機能低下を生じさせることがなく、また信頼性の高い、使い勝手の良い自動車用充電装置を提供することを目的としている。

　上記目的を達成するため、本発明の自動車用充電装置は、制御装置と、電源コードと、自動車に接続される充電ケーブルとを備え、前記制御装置は、充電ケーブル、あるいは自動車での漏電を検知する漏電検知部と、充電ケーブルと自動車との接続を検知する接続検知部と、電源コードから充電ケーブルへの通電を司る電源遮断部とを含み、前記制御装置は、自動車用充電装置に商用電源が供給された状態で、予め定められた場合に漏電検知部を作動させる機能を備えたものである。

　これによって、あらゆる状態において、例えば充電ケーブル部が要因となって漏電が生じている場合、あるいは電源から制御装置の外殻に対して漏電が生じている場合に漏電を検知することができず、使用者がそれぞれ充電ケーブル、または外殻に触れた場合に漏電による影響を受けるという課題を解決し、自動車用充電装置の安全性の向上を可能とする。

　本発明の自動車用充電装置は、自動車用充電装置の安全性の向上を可能とし、自動車用充電装置に対する信頼性の向上を実現させる。

　また、本発明の自動車用充電装置は、使い勝っての向上と小型化を可能とし、自動車用充電装置の耐久性の向上を実現させる。

　さらに、本発明の自動車用充電装置は、自動車用充電装置本体の充電コードとの接続部の耐久性を向上させることが可能となり、自動車用充電装置の信頼性の向上を実現させる。

図１は本発明の実施の形態１における自動車用充電装置の模式図 図２は充電ポートの概要図 図３はＣＣＩＤの模式図 図４はコントロールパイロット回路の模式図 図５は本発明の実施の形態２における自動車用充電装置の模式図

　本発明にかかる自動車用充電装置は、制御装置と、電源コードと、自動車に接続される充電ケーブルとを備え、前記制御装置は、充電ケーブル、あるいは自動車での漏電を検知する漏電検知部と、充電ケーブルと自動車との接続を検知する接続検知部と、電源コードから充電ケーブルへの通電を司る電源遮断部とを含み、制御装置は、自動車用充電装置に商用電源が供給された状態で、予め定められた場合に前記漏電検知部を作動させる機能を備えるものである。これにより、あらゆる状態において自動車用充電装置の安全性の向上を可能とし、自動車用充電装置に対する信頼性の向上を可能とする。

　また、自動車用充電装置は、好ましくは、自動車に充電ケーブルを接続する前に警告を発することが可能とすることを特徴とする。

　また、予め定められた場合は、例示的には、充電装置に商用電源が供給された状態で、接続検知部が充電コードと自動車が接続されていないことを検知している場合であることを特徴とすることにより、充電装置に自動車側が接続されていない状態において、自動車用充電装置の安全性の向上を可能とし、自動車用充電装置に対する信頼性の向上を可能とする。

　さらに、予め定められた場合は、例示的には、充電装置に商用電源が供給された状態で、一定の時間間隔を有することを特徴とすることにより、自動車用充電装置の信頼性の向上、小型化の実現を可能とする。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１におけるにおける自動車用充電装置を模式的に示した図である。

　図１において、１は充電装置であり、充電装置１は、その一方端には電源ケーブル１ａを介して外部電源２のコンセント３と接続されるプラグ４、及びその他方端には充電ケーブル１３を介して電気自動車２２等のインレット５と接続される充電ポート６を有している。また、充電装置１は、その作動を司り、プラグ４が外部電源２のコンセント３に接続された状態で作動を開始する制御装置７、さらに制御装置７の内部にはリレー８等で構成されるＣＣＩＤ（Ｃｈａｒｇｉｎｇ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ　Ｄｅｖｉｃｅ）９とを含んでいる。さらに、充電装置１の充電ポート６には、スイッチ１０が設けられており、充電装置１の充電ポート６が電気自動車に設けられたインレット５に正しく接続されるとスイッチ１０が閉じる構成となっている。

　図２は、充電ポート６の概要を描いた図である。ここで、スイッチ１０は、充電ケーブル１３の充電ポート６を電気自動車のインレット５に係止する係止金具１１に連動して開閉するように構成されている。また、係止金具１１は充電ポート６に設けられたボタン１２を使用者が押すことにより揺動する。たとえば、充電装置１の充電ポート６が電気自動車に設けられたインレット５に接続した状態で、使用者が充電ポート６のボタン１２から指を離した場合、係止金具１１が電気自動車に設けられたインレット５に係合するとともに、スイッチ１０が閉じる。使用者がボタン１２を押すと、係止金具１１とインレット５との係合が解除されるとともに、スイッチ１０が開く。

　なお、スイッチ１０を開閉する方法はこれに制限されるものではない。本実施の形態においては、スイッチ１０はマイクロスイッチのように物理的に接点がＯＮ／ＯＦＦする構成としたが、磁気を利用したスイッチ、あるいは電気的にＯＮ／ＯＦＦするスイッチを用いて構成しても、その作用は同等である。さらに、充電ポート６は充電ケーブル１３により充電装置１の制御装置７と接続される構成となっている。

　一方、電気自動車には、その内部にＥＶ制御装置１４が構成されており、充電ポート６のスイッチ１０が閉じたことを検出する構成となっている。

　さらに、充電装置１の充電ポート６には、電気自動車に設けられたインレット５に接続された場合、電気的に電気自動車側の所定の端子と接続されるコントロールパイロット信号端子１５が設けられており、その接続状態は充電装置１の制御装置７の内部にあるコントロールパイロット回路１６、及びＥＶ制御装置１４にモニターされている。

　次に、図３はＣＣＩＤ９の内部を模式的に示した図である。ＣＣＩＤ９は、充電装置１のプラグ４がコンセント３に接続されると制御装置７により起動される。また、その内部にあるリレー８が開いた状態では、外部電源２から電気自動車への電力を供給する経路が遮断されるように構成されている。一方、リレー８が閉じた状態では、外部電源２から電気自動車への電力供給が可能になる。

　さらに、ＣＣＩＤ９は、リレー８の他、電磁コイル１７と、漏電検出器１８とを有している。漏電の有無を検出する漏電検出器１８は、外部電源２から電気自動車２２へ充電電力を供給するための電力線対１８ａに設けられている。具体的には、漏電検出器１８は、電力線対１８ａに互いに反対方向に流れる電流の平衡状態を検出し、その平衡状態が破綻する（別回路網へ電流の漏れが発生）と電界の発生により、漏電の発生を検出する。漏電検出器１８が漏電を検出すると制御装置７に含まれる制御部７ａ（例えば、マイコン）に伝達され、その結果、制御部７ａは電磁コイル１７への通電を遮断し、その結果としてリレー８がオフする構成となっている。

　また、漏電検出器１８も制御装置７と同様に、プラグ４が外部電源２のコンセント３に接続された状態で作動を開始するように構成されており、電気自動車に充電ケーブルを接続する前にでも警告を発することが可能な構成となっている。

　次に、コントロールパイロット回路１６について詳述する。図４において、コントロールパイロット回路１６は、発振器１９と抵抗素子２０とをその内部に含んでおり、コントロールパイロット信号端子１５により電気自動車の所定の端子と接続される構成となっている。発振器１９は、外部電源２から供給される電力によって作動する。

　また、発振器１９は、抵抗素子２０の出力電位が規定の電位Ｖ１（例えば１２Ｖ）近傍のときは非発振の信号を出力し、抵抗素子２０の出力電位がＶ１から低下する（コントロールパイロット信号端子１５が電気自動車の所定の端子と接続される）と、予め定められた周波数（例えば１ｋＨｚ）、及びデューティサイクルで発振する信号を出力する。

　すなわち、コントロールパイロット信号の電位がＶ１近傍のときは、コントロールパイロット回路１６は、コントロールパイロット信号を発振させず、コントロールパイロット信号の電位がＶ１から低下し、Ｖ２（例えば９Ｖ）近傍に変化すると、コントロールパイロット回路１６は、予め定められた周波数、及びデューティサイクルでコントロールパイロット信号を発振する。

　なお、コントロールパイロット信号の電位は、電気自動車側の抵抗回路網（図示せず）の抵抗値を切換えることによっても操作される。すなわち、電気自動車側のＥＶ制御装置１４によって抵抗回路網の抵抗値が小さく制御されれば、コントロールパイロット信号の電位は低くなり、抵抗回路網の抵抗値が大きく制御されれば、コントロールパイロット信号の電位は高くなる。

　また、コントロールパイロット回路１６は、充電装置１のプラグ４がコンセント３に接続されると、充電ポート６が電気自動車に設けられたインレット５から外されていても、一定のコントロールパイロット信号を出力し得るように制御装置７により制御されている。ただし、当然ながら電気的な接続がないため、充電ポート６が電気自動車に設けられたインレット５から外された状態で出力されているコントロールパイロット信号をＥＶ制御回路１４は検出することはできない。

　さらに、コントロールパイロット信号のパルス幅により、充電装置１の電流容量（充電装置１が供給可能な電流値）が電気自動車に通知される。これは、商用電源の容量を電気自動車側に送信するのに有効な手段である。また、コントロールパイロット信号のパルス幅は、外部電源２の電圧に依存せず一定の値である。

　一方、用いられる充電装置１の種類が異なれば、コントロールパイロット信号のパルス幅は異なり得る。すなわち、コントロールパイロット信号のパルス幅は、充電装置の種類毎に定め得るものである。

　コントロールパイロット回路１６は、コントロールパイロット信号の電位がＥＶ制御装置１４の作用により抵抗回路網を切り替えて規定の電位Ｖ３（例えば６Ｖ）近傍のとき、電磁コイル１７へ電流を供給する。電磁コイル１７は、コントロールパイロット回路１６から電力が供給されると電磁力を発生し、リレー８を閉じる。これにより、電気自動車への電力供給が可能となり、充電が開始される。

　以上のように、本実施の形態に係る電気自動車用充電システムによれば、充電装置１の制御装置７は、電気自動車との電気的、及び機械的な接続の有無を検出可能である。通常、接続が完了後に、例えばコントロールパイロット回路１６の作動に連動して漏電検出機能の作動／非作動を連動させることはが通例であるが、本実施の形態においては、制御装置７は、充電装置１が予め外部電源２に接続されている状態で、その後電気自動車との接続の如何に係わらず、ＣＣＩＤ９を用いて漏電検出機能を作動させている。従って、例えば充電ポート６、あるいは充電ケーブル１３が主要因となって漏電が生じている場合、あるいは外部電源２から充電装置１の外殻に対して漏電が生じている場合においても漏電を検知することが可能となり、使用者がそれぞれ充電装置１、またはその外殻に触れた場合に漏電により生じる危険を未然に防ぐことが可能となる。

　本実施の形態の範囲は上記した説明ではなく、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、及び範囲内でのすべての変更が含まれている場合においても、本発明の意図するところからの乖離はなく、効果は何ら変わらない。また、その他各部の構成も本実施の形態の目的を達成する範囲であればその構成はどのようなものであってもよい。

（実施の形態２）
　図５において、２１はタイマー手段であり、時間計測を行い前述の制御装置７によって制御され、その計測した時間を制御装置７に送信している。その他の構成は実施の形態１と同等である。

　タイマー手段２１は、プラグ４がコンセント３に接続されてからの時間、外部電源２が充電装置１に供給され始めてからの時間、コントロールパイロット信号端子１５が電気自動車の所定の端子に接続されてからの時間、あるいは発振器１９、抵抗素子２０、及び電気自動車側の抵抗回路網の作用により、コントロールパイロット回路１６の電圧が変化してからの時間等を計測するように制御装置７からの指示を受けて作動するように構成されている。

　上記の構成とすることにより、タイマー手段２１の働きにより充電ポート６がインレット５と接続されていない、即ち充電装置１が予め外部電源２に接続されている状態で、その後充電装置１と電気自動車が接続されていないことを検出している場合にでも所定の時間毎に漏電検出機能を働かせることが可能となる。

　これにより、定期的に装置の安全性の確認を実現することが可能となり、装置の信頼性の向上が可能となる。

　また、充電装置１の内部に電源を持たない場合の構成を簡易なものとすることが可能となり、装置の軽量化、信頼性、耐久性、及び使い勝手の向上を可能とする。

　上記実施の形態では、所定の時間毎に漏電検出を行う場合について記載しているが、当然ながら、連続して漏電検出を行っても、得られる効果は同等である。

　本実施の形態の範囲は上記した説明ではなく、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、及び範囲内でのすべての変更が含まれている場合においても、本発明の意図するところからの乖離はなく、効果は何ら変わらない。また、その他各部の構成も本実施の形態の目的を達成する範囲であればその構成はどのようなものであってもよい。

　以上のように、本発明に係る自動車用充電装置は、商用電源が供給されている状態において、予め定められた場合に漏電検知部を作動させて漏電を検出することにより装置そのものの安全性、信頼性、耐久性、及び使い勝手を向上させることが可能となるものであり、自動車用充電装置のみならず、電源と接続して使用する機器、例えば自動車用検査装置、各種設備の着脱可能な電源ケーブル等において十分に適用され得るものである。

１　　　　　　充電装置
１ａ　　　　　　電源ケーブル
２　　　　　　外部電源
３　　　　　　コンセント
４　　　　　　プラグ
５　　　　　　電気自動車等のインレット
６　　　　　　充電ポート
７　　　　　　制御装置
７ａ　　　　　　制御部
８　　　　　　リレー
９　　　　　　ＣＣＩＤ
１０　　　　　　スイッチ
１１　　　　　　係止金具
１２　　　　　　ボタン
１３　　　　　　充電ケーブル
１４　　　　　　ＥＶ制御装置
１５　　　　　　コントロールパイロット信号端子
１６　　　　　　コントロールパイロット回路
１７　　　　　　電磁コイル
１８　　　　　　漏電検出器
１８ａ　　　　　　電力線対
１９　　　　　　発振器
２０　　　　　　抵抗素子
２１　　　　　　タイマー手段
２２　　　　　　電気自動車

Claims (4)

1. 制御装置と、電源コードと、自動車に接続される充電ケーブルとを備え、前記制御装置は、前記充電ケーブルあるいは自動車での漏電を検知する漏電検知部と、前記充電ケーブルと自動車との接続を検知する接続検知部と、前記電源コードから前記充電ケーブルへの通電を司る電源遮断部とを含み、前記制御装置は、商用電源が供給された状態で、予め定められた場合に前記漏電検知部を作動させる機能を備えた自動車用充電装置。
2. 自動車に充電ケーブルを接続する前に警告を発することが可能とすることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用充電装置。
3. 前記予め定められた場合は、前記接続検知部が前記充電コードと自動車が接続されていないことを検知している場合であることを特徴とする請求項１または２記載の自動車用充電装置。
4. 前記予め定められた場合は、一定の時間間隔を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の自動車用充電装置。

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