特表 2025-502328 電気自動車、車載充電器、方法およびコンピュータプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-01-24

(54)【発明の名称】電気自動車、車載充電器、方法およびコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   B60L 53/62 20190101AFI20250117BHJP

【ＦＩ】

B60L53/62

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024542189

(86)(22)【出願日】2023-01-16

(85)【翻訳文提出日】2024-08-15

(86)【国際出願番号】 EP2023050864

(87)【国際公開番号】W WO2023135294

(87)【国際公開日】2023-07-20

(31)【優先権主張番号】2030569

(32)【優先日】2022-01-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523281892

【氏名又は名称】ライトイヤー・イーペーセーオー・ベー・フェー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】イェロン・リシャルト・ヘルトルダ・マール

【テーマコード（参考）】

5H125

【Ｆターム（参考）】

5H125AA01

5H125AB01

5H125AC12

5H125AC24

5H125BC21

5H125CC06

5H125CD03

5H125DD02

5H125EE13

5H125FF02

(57)【要約】

電気回路網を備える電気自動車が提供される。電気回路網はバッテリおよび車載充電器を備える。バッテリは、電気エネルギーを蓄積するように構成される。車載充電器およびバッテリは、車載充電器とバッテリとの間で電気エネルギーをＤＣ電力として伝送させるためのＤＣ回路を形成するように配置される。車載充電器は、電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換するように構成される。車載充電器は、外部電気回路に結合されて、車載充電器と外部電気回路との間で電気エネルギーをＡＣ電力として伝送させるためのＡＣ回路を形成するように構成される。車載充電器は、ＡＣ回路内のアーク故障を検出するように構成される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気回路網（１０２）を備える電気自動車（１００）であって、
前記電気回路網（１０２）がバッテリ（１０４）および車載充電器（１０６）を備え、
前記バッテリ（１０４）が、電気エネルギーを蓄積するように構成され、
前記車載充電器（１０６）および前記バッテリ（１０４）が、前記車載充電器（１０６）と前記バッテリ（１０４）との間で前記電気エネルギーをＤＣ電力として伝送させるためのＤＣ回路（２３０）を形成するように配置され、
前記車載充電器（１０６）が、前記電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換するように構成され、
前記車載充電器（１０６）が、外部電気回路（１２０）に結合されて、前記車載充電器（１０６）と前記外部電気回路（１２０）との間で前記電気エネルギーをＡＣ電力として伝送させるためのＡＣ回路（２２０）を形成するように構成され、
前記車載充電器（１０６）が、前記ＡＣ回路（２２０）内のアーク故障（２５０）を検出するように構成される、電気自動車（１００）。

【請求項2】

前記車載充電器（１０６）が、前記外部電気回路（１２０）内の前記アーク故障（２５０）を検出するように構成される、請求項１に記載の電気自動車（１００）。

【請求項3】

前記車載充電器（１０６）が、前記アーク故障（２５０）を検出すると前記外部電気回路（１２０）の安全機構をトリップさせるように構成される、請求項２に記載の電気自動車（１００）。

【請求項4】

前記車載充電器（１０６）が、前記ＡＣ回路（２２０）に短絡を創出することによって前記外部電気回路（１２０）の前記安全機構をトリップさせるように構成される、請求項３に記載の電気自動車（１００）。

【請求項5】

前記車載充電器（１０６）が、前記外部電気回路（１２０）の接地線（２４３）に結合されるように構成され、前記車載充電器（１０６）が、前記接地線（２４３）に電流および／または電圧を提供することによって前記安全機構をトリップさせるように構成される、請求項３または４に記載の電気自動車（１００）。

【請求項6】

前記車載充電器（１０６）が、前記ＡＣ回路（２２０）の性質に基づいて信号を発生させるように構成されるセンサ（３０４、３０６）を備え、
前記車載充電器（１０６）が、前記信号に基づいて前記アーク故障（２５０）を検出するように構成される、
請求項１から５のいずれか一項に記載の電気自動車（１００）。

【請求項7】

前記車載充電器（１０６）が、前記センサ（３０４、３０６）からの前記信号の制御下で前記電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換するように構成される、請求項６に記載の電気自動車（１００）。

【請求項8】

前記センサ（３０４、３０６）が、前記ＡＣ回路（２２０）における電流に基づいて前記信号を発生させるように構成される電流センサ（３０６）を含む、請求項６または７に記載の電気自動車（１００）。

【請求項9】

前記センサ（３０４、３０６）が、前記ＡＣ回路（２２０）の電圧に基づいて前記信号を発生させるように構成される電圧センサ（３０４）を含む、請求項６から８のいずれか一項に記載の電気自動車（１００）。

【請求項10】

前記車載充電器（１０６）が、前記ＡＣ回路（２２０）に配置されるローパスフィルタ（３３０）を備える、請求項６から９のいずれか一項に記載の電気自動車（１００）。

【請求項11】

前記車載充電器（１０６）が、前記電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換するように構成される、電力変換器（３００）を備え、前記ローパスフィルタ（３３０）が前記電力変換器（３００）の上流で前記センサ（３０４、３０６）の下流に配置される、請求項１０に記載の電気自動車（１００）。

【請求項12】

前記車載充電器（１０６）が、前記信号の経時変動および／または前記信号の周波数成分に基づいて前記アーク故障（２５０）を検出するように構成される計算装置（３１０）を備える、請求項６から１１のいずれか一項に記載の電気自動車（１００）。

【請求項13】

前記車載充電器（１０６）が、前記アーク故障（２５０）を検出すると警告信号を発生させるように構成される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気自動車（１００）。

【請求項14】

前記ＡＣ電力でのエネルギーが第１の電圧にあり、前記ＤＣ電力でのエネルギーが第２の電圧にあり、前記第１の電圧が前記第２の電圧とは異なり、前記車載充電器（１０６）が、前記第１の電圧にある前記ＡＣ電力でのエネルギーを前記第２の電圧にある前記ＤＣ電力でのエネルギーにおよび／またはその逆に変換するように構成される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の電気自動車（１００）。

【請求項15】

前記車載充電器（１０６）が、前記外部電気回路（１２０）に前記車載充電器（１０６）を電気的に結合するように構成される結合装置（１１０）を備える、請求項１から１４のいずれか一項に記載の電気自動車（１００）。

【請求項16】

前記電気自動車（１００）を駆動するように構成される電気モータ（１３１～１３４）を備え、前記バッテリ（１０４）が、前記電気モータ（１３１～１３４）に電気エネルギーを提供するように構成される、請求項１から１５のいずれか一項に記載の電気自動車（１００）。

【請求項17】

請求項１から１６のいずれか一項に記載の電気自動車（１００）に使用するための車載充電器（１０６）であって、
前記車載充電器（１０６）が、電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換するように構成され、
前記車載充電器（１０６）が、外部電気回路（１２０）に結合されて、前記車載充電器（１０６）と前記外部電気回路（１２０）との間で前記電気エネルギーをＡＣ電力として伝送させるためのＡＣ回路（２２０）を形成するように構成され、
前記車載充電器（１０６）が、前記ＡＣ回路（２２０）内のアーク故障（２５０）を検出するように構成される、車載充電器（１０６）。

【請求項18】

前記外部電気回路（１２０）内の前記アーク故障（２５０）を検出するように構成される、請求項１７に記載の車載充電器（１０６）。

【請求項19】

前記アーク故障（２５０）を検出すると前記外部電気回路（１２０）の安全機構をトリップさせるように構成される、請求項１８に記載の車載充電器（１０６）。

【請求項20】

電気自動車（１００）を使用してアーク故障（２５０）を検出するための方法であって、前記電気自動車（１００）が、バッテリ（１０４）および車載充電器（１０６）を備える電気回路網（１０２）、ならびにセンサ（３０４、３０６）を備え、前記方法が、
－ 外部電気回路（１２０）に前記電気回路網（１０２）を接続してＡＣ回路（２２０）を形成するステップと、
－ 前記ＡＣ回路（２２０）の電流および／または電圧に基づいて前記センサ（３０４、３０６）で信号を発生させるステップと、
－ 前記信号に基づいて前記ＡＣ回路（２２０）内のアーク故障（２５０）を検出するステップと、
を含む、方法。

【請求項21】

－ 前記センサ（３０４、３０６）からの前記信号の制御下で前記電気回路網（１０２）と前記外部電気回路（１２０）との間でエネルギーを伝送させるステップ、
を含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

－ 前記外部電気回路（１２０）の安全機構を前記電気回路網（１０２）でトリップさせるステップ、
を含む、請求項２０または２１に記載の方法。

【請求項23】

－ 前記ＡＣ回路（２２０）を短絡させるステップ、
を含む、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

外部電気回路（１２０）に結合されてＡＣ回路（２２０）を形成する車載充電器（１０６）の計算装置（３１０）によって実行されると、前記車載充電器（１０６）に、
－ 前記ＡＣ回路（２２０）の電流および／または電圧に基づいて信号を発生させるステップと、
－ 前記信号に基づいて前記ＡＣ回路（２２０）内のアーク故障（２５０）を検出するステップと、
を行わせる、命令を有するコンピュータプログラム。

【請求項25】

前記車載充電器（１０６）に、
－ 前記外部電気回路（１２０）の安全機構をトリップさせるステップ
を行わせる、請求項２４に記載のコンピュータプログラム。

【請求項26】

前記信号に基づいて前記ＡＣ回路（２２０）内の前記アーク故障（２５０）を検出するステップが、
－ 前記信号の経時変動を検出するステップ、および／または、
－ 前記信号の周波数成分を検出するステップ、
を含む、請求項２４または２５に記載のコンピュータプログラム。

【請求項27】

前記車載充電器（１０６）に、
－ 前記アーク故障（２５０）を検出すると警告信号を発生させるステップ、
を行わせる、請求項２４から２６のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車載充電器を有する電気自動車に関する。本発明は、電気自動車に使用するための車載充電器に更に関する。本発明は、電気自動車を使用してアーク故障を検出するための方法に更に関する。本発明は、車載充電器の計算装置によって実行されることになる命令を有するコンピュータプログラムに更に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車は、車両を推進するために電気エネルギーを使用してモータを駆動する車両である。典型的には、電気自動車は、電気エネルギーを蓄積するためにバッテリが設けられる。バッテリを充電するため、電気自動車は、送電網に車両を接続するために結合装置が設けられる。車両が、例えば自宅にまたは駐車場に駐車されると、車両を送電網に接続することで、バッテリが充電されるのを可能にする。

【0003】

バッテリは、電気エネルギーを蓄積するために電気エネルギーがＤＣ電力として提供されることを必要とする。バッテリは、また電気エネルギーをＤＣ電力として提供する。しかしながら、送電網は、電気エネルギーをＡＣ電力として、典型的には５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数で１１０Ｖまたは２３０Ｖで提供する。ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するために、電気自動車は車載充電器を有する。

【0004】

車載充電器は２つの本機能を有する。第１の機能は、送電網からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換することであり、そのためバッテリは電気エネルギーを蓄積できる。第２の機能は、バッテリに向けられるＤＣ電力の量を車載充電器が制御するということである。例えば、車載充電器は、バッテリが低充電状態を有する場合バッテリを通る電流の量を制限するまたはＤＣ電力の電圧を低下させる。車載充電器が電気自動車に配置されるので、電気自動車は、充電場所における専用の充電器の存在に依存しない。代わりに、送電網への定期的な接続が、車載充電器を使用してバッテリを充電するのに十分である。

【0005】

電気回路は、アーク故障に陥り得る。アーク故障は、２つ以上の導体間の高電力放電である。そのような放電の共通原因が、電気回路内の損傷した電線である。２つの隣接する電線の絶縁層が損傷すれば、２つの電線間の電圧差が２つの電線間の放電を引き起こし得る。アーク故障の別の共通原因が、電気回路内の電気接続不良である。電気接続不良は、電気回路を繰り返し遮断および再接続することを引き起こし得る。電気接続上の電圧が電気接続においてアークを引き起こし得る。アーク故障は大量の熱を引き起こして、電線および電気接続への更なる損傷を引き起こし得る。アーク故障は火災に至り得る。

【0006】

アーク故障が発生しても、これはヒューズまたは漏電遮断回路をトリップさせない。アーク故障が多くの熱を発生させることにもかかわらず、アーク故障によって引き起こされる電流は、典型的にはヒューズの閾値を超えるのに十分でない。また、アーク故障は、漏電遮断回路をトリップさせるであろういかなるイベントにも至らない。

【0007】

電気回路をアーク故障から保護するために、専用のアーク故障保護装置が入手可能である。公知のアーク故障保護装置が米国特許第６４１４８２９号に開示されている。公知のアーク故障保護装置はヒューズボックスに配置される。ヒューズボックスは送電網に接続される。電力が、ヒューズボックスから、アーク故障保護装置を介してコンセントに提供される。コンセントに接続された装置がアーク故障に陥れば、アーク故障保護装置は、地絡故障を模擬して、地絡故障回路遮断器に電気回路を遮断させる。

【0008】

アーク故障保護装置の安全機能にもかかわらず、それらは多くの国においてあまり一般的でない。また、人々が自宅にアーク故障保護装置を使用したければ、多くの場合彼らは、自分の自宅におけるヒューズボックスを交換する必要があるであろう。そのような交換にはコストがかかる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】米国特許第６４１４８２９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、電気自動車のバッテリを充電することに伴う電気回路の安全性を上昇させる車載充電器を持つ電気自動車を提供すること、または少なくとも代替案を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の目的は、電気回路網を備える電気自動車によって達成される。電気回路網は、バッテリおよび車載充電器を備える。バッテリは、電気エネルギーを蓄積するように構成される。車載充電器およびバッテリは、車載充電器とバッテリとの間で電気エネルギーをＤＣ電力として伝送させるためのＤＣ回路を形成するように配置される。車載充電器は、電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換するように構成される。車載充電器は、外部電気回路に結合されて、車載充電器と外部電気回路との間で電気エネルギーをＡＣ電力として伝送させるためのＡＣ回路を形成するように構成される。車載充電器は、ＡＣ回路内のアーク故障を検出するように構成される。

【0012】

外部電気回路にアーク故障が発生すれば、アーク故障は外部電気回路の電圧および／または電流の変動を引き起こす。外部電気回路における電圧および／または電流の変動には多くの原因がある。例えば、外部電気回路に結合される高電力機器をオンまたはオフに切り替えることが変動を引き起こすであろう。例えば、外部電気回路に結合されるソーラパネルによって供給される電力の急増または急減が変動を引き起こすであろう。しかしながら、全てのこれらの変動にもかかわらず、アーク故障によって引き起こされる変動は、典型的な周波数成分または典型的な経時変動を有する。車載充電器が外部電気回路に結合されるので、外部電気回路に発生したアーク故障はＡＣ回路において見えるようになる。結果として、アーク故障は車載充電器に見えるようになる。車載充電器は、アーク故障によって引き起こされた変動を識別するように構成される。このように、車載充電器は、外部電気回路内のアーク故障を検出して、外部電気回路の安全性を改善することができる。安全性は、外部電気回路のヒューズボックスを調節する必要なく改善される。安全性は、単に外部電気回路に電気自動車を結合することによって改善される。車載充電器がアーク故障を検出した後に、外部電気回路は、アーク故障が将来発生するのを防止するために修理される必要があり得る。例えば、外部電気回路の損傷した配線が交換される、または電気接続が適切に再接続される。

【0013】

電気自動車は、例えば、車またはバスまたはトラックのような陸上車両である。電気自動車は、例えば、ボートまたは船または船舶のような船艇である。電気自動車は、車両を推進するために少なくとも１つの電気モータを有する。例えば、電気モータは、プロペラまたはスクリューまたは車輪を介して車両を推進するように適合される。例えば、車両は、複数電気モータを有する。例えば、複数電気モータの各々が、対応する車輪に結合されて、対応する車輪を駆動する。例えば、電気モータはインホイールモータである。電気自動車は、電気モータに電気エネルギーを提供するためにバッテリを有する。例えば、車両は、バッテリに加えて、燃料タンク、燃焼機関および発電機を有する。燃焼機関は、燃料タンクからの燃料を燃焼させて発電機を駆動するように構成される。発電機は、電気エネルギーを発生させるように構成される。発電機は、バッテリに、電気モータに、またはバッテリにも電気モータにも電気エネルギーを提供する。電気自動車は、例えば、電動自転車である。電動自転車は、電動自転車を推進する動力の一部を提供するために電気モータを有する。電動自転車は、電動自転車を推進する更なる動力を提供するために電動自転車の車輪に結合されるペダルを有する。

【0014】

電気回路網はバッテリおよび車載充電器を備える。電気回路網は、例えば、単一の電気回路または互いに結合される複数電気回路のシステムである。電気回路網は、例えば、ヒューズまたは回路遮断器のような安全装置を備える。電気回路網は、例えば、様々な他の電気部品を備える。そのような電気部品は、例えば、バッテリによって提供されるＤＣ電力を電気モータによって必要とされるＡＣ電力に逆変換するように構成されるインバータのような、車両を駆動するための駆動列部品である。電気回路網は、例えば、ラジオまたはダッシュボードディスプレイまたは電動ウィンドウのような、車両の車室に使用するための機器を備える。電気回路網は、例えば、電気自動車の速度を制御するように構成されるクルーズコントロールシステム、または車両の温度を制御するように構成される熱制御システム、または非常時に車両のブレーキを制御するように構成される非常ブレーキ制御システムのような、様々な電気コントローラを備える。電気回路網は、例えば、電気自動車における電気部品に異なる電圧で電気エネルギーを提供する。

【0015】

バッテリは、電気エネルギーを蓄積するように構成される。例えば、バッテリは、リチウムイオン（Ｌｉ－Ｉｏｎ）電池、溶融塩（Ｎａ－ＮｉＣｌ_２）電池、ニッケル水素（Ｎｉ－ＭＨ）電池またはリチウム硫黄（Ｌｉ－Ｓ）電池である。バッテリは、例えば単一のバッテリである、または複数のバッテリを備える。複数のバッテリは、例えば、並列に、直列に、または並列および直列の組合せで電気的に配置される。複数のバッテリは同じ最大電圧または異なる最大電圧を有する。例えば、電気自動車は低電圧バッテリおよび高電圧バッテリを有する。低電圧バッテリは、例えば、５Ｖまたは１２Ｖまたは４８Ｖの最大電圧を有する。高電圧バッテリは、例えば、６０Ｖまたは３００Ｖまたは４００Ｖの最大電圧を有する。例えば、高電圧バッテリは、電気モータのような、電気自動車の駆動列に電気エネルギーを提供する。例えば、低電圧バッテリは、ＨＶＡＣシステムおよび照明システムのような、電気自動車の補助部品に電気エネルギーを提供する。

【0016】

車載充電器は、電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換するように構成される。バッテリが外部電気回路からの電気エネルギーで充電されている場合、車載充電器は、外部電気回路からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、バッテリに電気エネルギーをＤＣ電力として提供する。車載充電器は、バッテリを安全に充電するように構成される。例えば、車載充電器は、バッテリを通る最大電流を制限する。例えば、車載充電器は、バッテリの電圧に応答してＤＣ電力の電圧を調節する。バッテリが低充電状態を有する場合、バッテリの電圧は低くてよい。ＤＣ電力があまりに高ければ、バッテリを通る電流はあまりに高くなり得る。車載充電器は、ＤＣ電力の電圧を許容電圧に調節するように構成される。車載充電器は、例えば、複数バッテリに電気エネルギーを提供するように構成される。例えば、車載充電器は、複数バッテリに電気エネルギーを提供するために複数ＤＣ電力出力を有する。例えば、各ＤＣ電力出力は、その他のＤＣ電力出力とは異なる電圧を有する。

【0017】

一例では、車載充電器は、バッテリから外部電気回路に電気エネルギーを伝送させるように構成される。例えば、電気自動車はソーラパネルを備える。電気自動車がソーラパネルからの電気エネルギーを必要としない場合、例えばバッテリが完全に充電されている場合、ソーラパネルからの電気エネルギーは外部電気回路に伝送される。これを行うために、車載充電器は、バッテリからの電気エネルギーをＤＣ電力からＡＣ電力に変換する。ＡＣ電力としての電気エネルギーは、次いで外部電気回路に伝送される。

【0018】

外部電気回路が車両の一部を形成しない電気回路であるので、外部電気回路は『外部』と称される。外部電気回路はＡＣ回路である。外部電気回路は相線、中性線および接地線を有する。相線にＡＣ電圧が印加される。ＡＣ回路が閉じていると、ＡＣ回路に電流が走る。電流は相線および中性線を走る。接地線はグランドに接続される。外部電気回路は、例えば、住宅の電気回路である。外部電気回路は、例えば、公共充電ステーションの電気回路である。外部電気回路は、例えば、送電網に接続される。外部電気回路は、回路遮断器および漏電遮断器回路のような安全機構を有する。回路遮断器は、回路遮断器を通る電流が閾値を超えれば外部電気回路を遮断する。漏電遮断器回路は、接地線に電圧または電流が印加されれば外部電気回路を遮断する。

【0019】

ＡＣ電力の電圧振幅および位相は、例えば、外部電気回路によって定められる。車載充電器が外部電気回路に電気エネルギーをＡＣ電力として提供するように構成される場合、車載充電器は、ＡＣ電力の電圧振幅および位相を外部電気回路に適合させるように構成される。

【0020】

一実施形態において、車載充電器は、外部電気回路内のアーク故障を検出するように構成される。

【0021】

上記実施形態によれば、車載充電器は、車両の外側のアーク故障を検出するように構成される。車載充電器が外部電気回路に結合されると、車載充電器は、外部電気回路に発生するアーク故障を検出することができる。このように、外部電気回路にアーク故障検出器が設けられていないときでも、車両が外部電気回路に結合されるたびにアーク故障は検出できる。

【0022】

一実施形態において、車載充電器は、アーク故障を検出すると外部電気回路の安全機構をトリップさせるように構成される。

【0023】

上記実施形態によれば、外部電気回路は、ヒューズまたは回路遮断器または漏電回路遮断器またはその組合せのような、安全機構を有する。電気自動車のバッテリを充電するために適切である全てのまたはほとんど全ての電気回路に、そのような安全機構の１つまたは複数が設けられる。そのような電気回路は、典型的には安全規制のため安全機構を有することが要求される。そのような安全規制は、住居およびオフィスビル内の電気回路に回路遮断器および漏電回路遮断器が設けられることを要求する。そのような安全規制の一例がオランダＮＥＮ１０１０規制である。車載充電器は外部電気回路の安全機構を利用する。車載充電器が外部電気回路内のアーク故障を検出すると、車載充電器は安全機構をトリップさせる。これは外部電気回路の遮断に至る。遮断のため、アーク故障は存在しなくなる。このように、アーク故障によって引き起こされる損傷が防止または制限される。大抵の電気回路では、安全機構は、外部電気回路の上流位置に、例えば主電力線が様々なグループの電気回路に接続されるヒューズボックスに配置される。安全機構は、安全機構がトリップされれば、電気回路の大部分または全てが遮断されることを確実にするために上流位置に置かれる。電気回路の大部分または全てを遮断することによって、もはや電気回路に、または少なくともその大部分に電圧は印加されない。電気回路の大部分または全てを遮断することによって、もはや電気回路に、または少なくともその大部分に電流は流れない。車載充電器はアーク故障を検出すると安全機構をトリップさせるので、アーク故障が発生した外部電気回路の部分が遮断される可能性が非常に高い。遮断により、アーク故障はもはや発生しない。車載充電器が外部電気回路内のアーク故障を検出したときに外部電気回路から分離するだけである場合、たとえ車載充電器が外部電気回路から分離されてもアーク故障が維持される可能性が高い。

【0024】

一実施形態において、車載充電器は、ＡＣ回路に短絡を創出することによって外部電気回路の安全機構をトリップさせるように構成される。

【0025】

上記実施形態によれば、車載充電器が外部電気回路内のアーク故障を検出すれば、車載充電器はＡＣ回路に短絡を引き起こす。例えば、車載充電器は、ＡＣ回路の中性線に直接ＡＣ回路の相線を結合するように適合されるスイッチを備える。車載充電器がアーク故障を検出していないとき、スイッチはＡＣ回路の中性線に相線を結合しない。車載充電器がアーク故障を検出すると、スイッチが動かされてＡＣ回路の中性線に相線を結合する。十分な電気抵抗の欠如により、スイッチの動きは、スイッチを介してＡＣ回路の相線から中性線に大電流を引き起こす。大電流は外部電気回路における回路遮断器をトリップさせる。例えば、スイッチの電気抵抗は、１６Ａまたは２０Ａの大電流を創出するのに十分低い。車載充電器は、例えば、ＡＣ回路の中性線に相線を結合する設定に僅かな時間量だけスイッチを設定するように適合される。僅かな時間量は、外部電気回路の回路遮断器をトリップさせるのに十分である。しかしながら、回路遮断器が働かない場合、僅かな時間量は、短絡からの損傷を防止するのに十分小さい。例えば、車載充電器は、１秒未満、例えば、３００ｍｓ未満または９０ｍｓ未満または２０ｍｓ未満の間、スイッチを介してＡＣ回路の中性点に相を結合するように適合される。

【0026】

一実施形態において、車載充電器は、外部電気回路の接地線に結合されるように構成される。車載充電器は、接地線に電流および／または電圧を提供することによって安全機構をトリップさせるように構成される。

【0027】

本実施形態によれば、車載充電器は、外部電気回路の接地線に結合することができる。外部電気回路の通常動作の間、接地線に電圧および電流は提供されない。通常動作の間、電圧および電流は、外部電気回路の相線および中性線を使用して印加される。車載充電器が外部電気回路内のアーク故障を検出すると、車載充電器は接地線に電流および／または電圧を提供する。例えば、車載充電器は、ＡＣ回路の接地線にＡＣ回路の相線を結合するように適合されるスイッチを有する。車載充電器がアーク故障を検出していないとき、スイッチはＡＣ回路の接地線に相線を結合しない。車載充電器がアーク故障を検出すると、スイッチが動かされてＡＣ回路の接地線に相線を結合する。これは、接地線に電流を流れさせる。接地線を通る電流のため、相線を通る電流と中性線を通る電流との間に差が引き起こされる。差は外部電気回路の漏電回路遮断器をトリップさせる。漏電回路遮断器のトリップは外部電気回路を遮断する。別の例では、車載充電器は、ＡＣ回路の接地線にＡＣ回路の中性線を結合するように適合されるスイッチを有する。車載充電器がアーク故障を検出すると、スイッチが動かされてＡＣ回路の接地線に中性線を結合する。これは、接地線に電流を流れさせる。接地線を通る電流のため、相線を通る電流と中性線を通る電流との間に差が引き起こされる。差は外部電気回路の漏電回路遮断器をトリップさせる。漏電回路遮断器のトリップは外部電気回路を遮断する。

【0028】

一実施形態において、車載充電器は、外部電気回路から充電器によって受信されるＡＣ電力信号をフィルタリングするためのローパスフィルタを備える。特に、ローパスフィルタは、形成されるＡＣ回路に配置できる。そのような実施形態において、車載充電器によるアーク故障の検出は、ローパスフィルタ（３３０）の上流において起こることができる。本発明の意味内で、上流は、車載充電器から外部電気回路に向かう方向を指す。

【0029】

一実施形態において、車載充電器は、ＡＣ回路の性質に基づいて信号を発生させるように構成されるセンサを備える。車載充電器は、信号に基づいてアーク故障を検出するように構成される。

【0030】

上記実施形態によれば、車載充電器のセンサは、ＡＣ回路の性質を判定するように配置される。例えば、センサは、ＡＣ電流が流れる車載充電器の部分に配置される。ＡＣ電流はＡＣ回路から生じる。例えば、センサは、ＡＣ電圧が印加される車載充電器の部分に配置される。例えば、センサは車載充電器の相線および／または中性線に結合される。車載充電器の相線は、外部電気回路の相線に結合するように配置される。車載充電器の中性線は、外部電気回路の中性線に結合するように配置される。車載充電器がローパスフィルタを備える場合、上述のセンサは、例えばローパスフィルタの上流に配置できる。

【0031】

一実施形態において、車載充電器は、センサからの信号の制御下で電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換するように構成される。

【0032】

本実施形態において、車載充電器は、アーク故障を検出することよりも追加の目的でセンサを使用する。車載充電器は、センサからの信号に基づいて電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換する仕方を判定する。例えば、センサからの信号に基づいて、車載充電器は、外部電気回路から受け取られているＡＣ電力の量を判定する。車載充電器は、例えば、同量のＤＣ電力を発生させる。別の例では、車載充電器は、センサからの信号を介して外部電気回路から受け取られているＡＣ電力の量を判定し、低量のＤＣ電力を発生させることに決定する。例えば、バッテリが低充電状態を有するとき、低量のＤＣ電力は、バッテリを損傷し得る過剰に高いＤＣ電流を防止する。更に別の例では、センサの信号はＡＣ電圧の振幅の或る値を示す。センサの信号に基づいて、車載充電器はＤＣ電力を適切な振幅のＡＣ電力に変換する。センサは、例えば、電圧センサまたは電流センサである。ＡＣ電力の量は、ＡＣ回路の電圧および／または電流の情報に基づいて判定されてよい。車載充電器は、受け取ったＡＣ電力の量を、バッテリを充電する所望のＤＣ電力と比較する。バッテリの温度があまりに高くなっている場合、車載充電器は、バッテリの所望のＤＣ電力を低減させることに決定してよい。バッテリへの低ＤＣ電力は、バッテリの温度を低下させるのに役立つ。低ＤＣ電力のため、外部電気回路から低ＡＣ電力が所望される。車載充電器は、例えば、電気抵抗器を有する。電気抵抗器の抵抗を増加させることによって、車載充電器はＡＣ回路を通る電流を低減させる。電流を低減させることの結果として、センサからの信号が変化する。センサが所望のＡＣ電力を表す信号を提供すると、ＡＣ回路を通る電流はもはや低減されない。そのため車載充電器は、センサを使用して、車載充電器によって伝送される電力の量を制御する。別の例では、センサは、ＡＣ回路の電圧に基づいて信号を発生させる。車載充電器は、信号を使用して、ＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換する仕方を判定する。センサが１１０Ｖの電圧を検出する場合、車載充電器は、センサが２２０Ｖの電圧を検出する場合とは異なってＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。例えば、センサによる検出電圧に基づいて、車載充電器は、ＡＣ電力の電圧をＤＣ電力の電圧にまたはその逆に増減する。以上の例では、車載充電器は、バッテリを充電するためにまたはＡＣ電力をＤＣ電力に変換するためにセンサを有する。同じセンサを使用して、外部電気回路内のアーク故障を判定できる。これは、追加のセンサが必要とされないという利点を有する。

【0033】

一実施形態において、センサは、ＡＣ回路における電流に基づいて信号を発生させるように構成される電流センサを含む。

【0034】

上記実施形態によれば、車載充電器は電流センサを有する。車載充電器は、電流センサによって発生される信号に基づいてアーク故障を検出する。例えば、外部電気回路からのＡＣ電流が車載充電器におけるセンサを流れる。外部電気回路にアーク故障が発生すると、ＡＣ電流は変化する。典型的には、アーク故障が或る周波数成分のおよび／または或る経時変動のＡＣ電流の変動を創出する。電流センサがＡＣ電流を検出することができるので、車載充電器は、外部電気回路にアーク故障が発生することを判定することができる。

【0035】

一実施形態において、センサは、ＡＣ回路の電圧に基づいて信号を発生させるように構成される電圧センサを含む。

【0036】

上記実施形態によれば、車載充電器は電圧センサを有する。車載充電器は、電圧センサによって発生される信号に基づいてアーク故障を検出する。例えば、外部電気回路からのＡＣ電圧が車載充電器におけるセンサに印加される。外部電気回路にアーク故障が発生すると、ＡＣ電圧は変化する。典型的には、アーク故障が或る周波数成分のおよび／または或る経時変動のＡＣ電圧の変動を創出する。電圧センサがＡＣ電圧を検出することができるので、車載充電器は、外部電気回路にアーク故障が発生することを判定することができる。

【0037】

一実施形態において、車載充電器は、信号の経時変動および／または信号の周波数成分に基づいてアーク故障を検出するように構成される計算装置を備える。

【0038】

上記実施形態によれば、計算装置はセンサから信号を受信する。計算装置は、例えば、信号を解析するように構成される。例えば、計算装置は、フーリエ解析を行うことのような、信号処理を行うように構成される。計算装置は、例えば、センサからの信号をフィルタリングして、アーク故障以外の原因によって引き起こされる信号の成分を除去するまたは低減させるように構成される。例えば、フィルタは、ＡＣ回路の主周波数の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚを低減させてまたは除去してよい。例えば、フィルタは、機器の電源をオンおよびオフに切り替えることのような、他の原因によって引き起こされると知られている他の周波数を信号から低減させるまたは除去する。例えば、フィルタは、アーク故障がいつ発生するかをより明らかに判定するために、アーク故障によって引き起こされる信号における周波数の振幅を増加させる。ＡＣ回路では、アーク故障は、典型的には繰り返しアークを創出する。繰り返しアークは、ＡＣ電圧の振幅が閾値を超えると始まる。繰り返しアークは、ＡＣ電圧の振幅が閾値を超えている限り維持され、ＡＣ電圧の振幅が閾値より低くなると消滅する。繰り返しアークの結果として、ＡＣ回路の電流および／または電圧が繰り返し変化する。計算装置は、例えば、そのような繰り返し変化を識別してアーク故障の存在を判定するように構成される。

【0039】

一実施形態において、車載充電器は、アーク故障を検出すると警告信号を発生させるように構成される。

【0040】

上記実施形態によれば、車載充電器は、アーク故障を検出し、警告信号を発生させる。例えば、警告信号は、車両に配置される別の部品に送られる。他の部品は、例えばディスプレイである。ディスプレイは、例えば、車両の車室に見えている。ディスプレイは、アーク故障が検出されたと示す警告を表す。他の部品は、例えば、通信装置である。通信装置は、警告信号に基づいてテキストメッセージまたは任意の他の種類のメッセージを送信するように構成される。通信装置は、車両の所有者のスマートフォンまたはタブレットのような、モバイルデバイスにメッセージを送信するように構成される。通信装置は、車両の外側のディスプレイにメッセージを送信するように構成される。ディスプレイは、例えば、外部電気回路に電気的に結合される。ディスプレイは、例えば、外部電気回路を有する建物に配置される。通信装置は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉまたはブルートゥース（登録商標）または任意の他の種類のワイヤレスデータ転送を介してメッセージを送信する。例えば、車載充電器は、ＵＴＰケーブルまたはイーサネットケーブルのような、ネットワークケーブルを受けるために通信ポートが設けられる。車載充電器は、ネットワークケーブルを介して警告信号を送信するように適合される。例えば、ネットワークケーブルは、車載充電器に外部電気回路を結合するプラグに統合される。

【0041】

一実施形態において、ＡＣ電力でのエネルギーは第１の電圧にある。ＤＣ電力でのエネルギーは第２の電圧にある。第１の電圧は第２の電圧とは異なる。車載充電器は、第１の電圧にあるＡＣ電力でのエネルギーを第２の電圧にあるＤＣ電力でのエネルギーにおよび／またはその逆に変換するように構成される。

【0042】

上記実施形態によれば、車載充電器は、第１の電圧のＡＣ電力を受け取るように構成される。第１の電圧は、例えば、第１の振幅を有する。第１の振幅は、例えば１１０Ｖまたは２２０Ｖである。しかしながら、電気自動車のバッテリの最大電圧は４００Ｖである。バッテリを適切に充電するために、車載充電器は、ＡＣ電力の電圧をバッテリの所望の高電圧に変換することができる。別の例では、バッテリの最大電圧は１２Ｖである。この例では、車載充電器は、ＡＣ電力の電圧をバッテリの所望の低電圧に変換することができる。一例では、車載充電器は、第１の電圧を第２の電圧に変換するように構成されるだけでなく、エネルギーを第２の電圧から第１の電圧に変換するようにも構成される。この例では、車両のバッテリは、外部電気回路に電気エネルギーを供給するように構成される。例えば、電気自動車がソーラパネルを有する場合、車両は、車両のバッテリが完全に充電されている場合に外部電気回路に電気エネルギーを提供する。バッテリから外部電気回路に電気エネルギーを提供するために、車載充電器は、第２の電圧にあるバッテリからのＤＣ電力を第１の電圧にある外部電気回路のＡＣ電力に変換する。

【0043】

一実施形態において、車載充電器は、外部電気回路に車載充電器を電気的に結合するように構成される結合装置を備える。

【0044】

上記実施形態によれば、車載充電器は、結合装置を介して外部電気回路に結合する。結合装置は、例えば、外部電気回路のプラグに接続する車両に配置されるソケットを備える。結合装置は、例えば、外部電気回路のソケットに接続する車両に配置されるプラグおよびプラグに接続されるケーブルを備える。結合装置は、例えば、車両が充電されているかどうかを示す表示灯を有する。結合装置は、例えば、警告信号に基づいて作動される、警告灯を有する。

【0045】

一実施形態において、電気自動車は、車両を駆動するように構成される電気モータを備える。バッテリは、電気モータに電気エネルギーを提供するように構成される。

【0046】

上記実施形態によれば、電気自動車は電気モータによって推進される。例えば、電気モータは、例えばギヤボックスおよび／またはディファレンシャルを介して車両の複数車輪を駆動する単一のモータである。別の例では、電気モータは単一の車輪だけを駆動する。例えば、電気モータはインホイールモータであり、代替的にハブモータとして知られている。インホイールモータは車両の車輪に組み込まれる。バッテリは、電気モータを動作させるために電気エネルギーを提供する。バッテリからの電気エネルギーは、例えば、電気モータによって受け取られる前に、変換される。例えば、車両は、ＤＣ電力でのバッテリの電気エネルギーをＡＣ電力での電気エネルギーへ逆変換するインバータを備える。

【0047】

本発明の第２の態様において、上述した実施形態のいずれか１つに係る電気自動車に使用するための車載充電器が提供される。車載充電器は、電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換するように構成される。車載充電器は、外部電気回路に結合されて、車載充電器と外部電気回路との間で電気エネルギーをＡＣ電力として伝送させるためのＡＣ回路を形成するように構成される。車載充電器は、ＡＣ回路内のアーク故障を検出するように構成される。

【0048】

第２の態様によれば、車載充電器は、電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換するように構成される。車載充電器は、電気エネルギーをＤＣ電力からＡＣ電力に、ＡＣ電力からＤＣ電力に、またはＤＣ電力からＡＣ電力にもＡＣ電力からＤＣ電力にも変換するように構成される。車載充電器は、外部電気回路に、例えば直接または１つもしくは複数の他の電気部品を介して間接的に結合されるように構成される。外部電気回路に結合されると、車載充電器および外部電気回路は共にＡＣ回路を形成する。ＡＣ電力としての電気エネルギーは、外部電気回路から車載充電器に、車載充電器から外部電気回路に、または代替的に外部電気回路から車載充電器に、および車載充電器から外部電気回路に伝送される。

【0049】

一実施形態において、車載充電器は、外部電気回路内のアーク故障を検出するように構成される。

【0050】

一実施形態において、車載充電器は、アーク故障を検出すると外部電気回路の安全機構をトリップさせるように構成される。

【0051】

本発明の第３の態様において、電気自動車を使用してアーク故障を検出するための方法が提供される。電気自動車は電気回路網およびセンサを備える。本方法は、
－ 外部電気回路に電気回路網を接続してＡＣ回路を形成するステップと、
－ ＡＣ回路の電流および／または電圧に基づいてセンサで信号を発生させるステップと、
－ 信号に基づいてＡＣ回路内のアーク故障を検出するステップと、を含む。

【0052】

第３の態様によれば、外部電気回路内のアーク故障を検出するために電気自動車が使用される。外部電気回路は電気自動車の一部を形成しない。このように、単に外部電気回路に車載充電器を介して電気自動車を接続することによって外部電気回路内のアーク故障を検出することが可能である。外部電気回路は、それ自体のアーク故障検出器を有する必要がない。

【0053】

一実施形態において、本方法は、
－ センサからの信号の制御下で電気回路網と外部電気回路との間でエネルギーを伝送させるステップを含む。

【0054】

上記実施形態によれば、センサは、ＡＣ回路の電流および／または電圧に基づいて信号を提供した。信号に基づいて、電気回路と外部電気回路との間でエネルギーが伝送される。例えば、信号は外部電気回路のＡＣ電圧を示し、エネルギーは同じＡＣ電圧で伝送される。例えば、センサは、外部電気回路を通る非常に高いＡＣ電流を示し、エネルギーは、電気回路網への損傷を防止するためにＡＣ電流より小さい電流で伝送される。

【0055】

一実施形態において、本方法は、
－ 外部電気回路の安全機構を電気回路網でトリップさせるステップを含む。

【0056】

上記実施形態によれば、外部電気回路は、ヒューズまたは回路遮断器または漏電回路遮断器またはその組合せのような、安全機構を有する。電気自動車のバッテリを充電するために適切である電気回路のほとんどまたは全てに、そのような安全機構の１つまたは複数が設けられる。そのような電気回路は、安全規制のため安全機構を有することが要求される。そのような安全規制は、住居およびオフィスビル内の電気回路に回路遮断器および漏電回路遮断器が義務的であるとしている。外部電気回路にアーク故障が検出されると、安全機構はトリップされる。これは外部電気回路の遮断に至る。遮断のため、アーク故障は存在しなくなる。このように、アーク故障によって引き起こされる損傷が防止または制限される。大抵の電気回路では、安全機構は、外部電気回路の上流位置に、例えば主電力線が様々なグループの電気回路に接続されるヒューズボックスに配置される。安全機構は、安全機構がトリップされれば、電気回路の大部分または全てが遮断されることを確実にするために上流位置に置かれる。電気回路の大部分または全てを遮断することによって、もはや電気回路に、または少なくともその大部分にわたって電圧は印加されない。電気回路の大部分または全てを遮断することによって、もはや電気回路に、または少なくともその大部分にわたって電流は流れない。結果として、アーク故障が発生した外部電気回路の部分が遮断される可能性が非常に高い。遮断により、アーク故障は消滅するので、更なる損傷が防止される。外部電気回路は、アーク故障が将来発生するのを防止するために修理される必要があり得る。例えば、外部電気回路の損傷した配線が交換される、または電気接続が適切に再接続される。

【0057】

一実施形態において、本方法は、
－ ＡＣ回路を短絡させるステップを含む。

【0058】

上記実施形態によれば、アーク故障が検出されるとＡＣ回路は短絡される。外部電気回路は、短絡の場合に外部電気回路を保護する安全機構を有する。そのような安全機構がなければ、短絡は容易に火災に至りおよび／または外部電気回路の一部を破壊し得る。短絡から保護する安全機構は、大抵の用途において、特に５０Ｖ以上の電圧を有する電気回路に対して非常に一般的で義務的である。そのような安全機構にはヒューズおよび回路遮断器を含む。ＡＣ回路を短絡させることで安全機構のトリップを引き起こす。安全機構をトリップさせることによって、外部電気回路は遮断されて、アーク故障を消滅させる。

【0059】

本発明の第４の態様において、外部電気回路に結合されてＡＣ回路を形成する車載充電器の計算装置によって実行されると、車載充電器に、
－ ＡＣ回路の電流および／または電圧に基づいて信号を発生させるステップと、
－ 信号に基づいてＡＣ回路内のアーク故障を検出するステップと、を行わせる、命令を有するコンピュータプログラムが提供される。

【0060】

第４の態様によれば、車載充電器は、外部電気回路に結合されてＡＣ回路を形成する。コンピュータプログラムは計算装置によって実行される。計算装置がコンピュータプログラムを実行すると、車載充電器は、ＡＣ回路の電流および／または電圧に基づいて信号を発生させるように制御される。例えば、車載充電器は、ＡＣ回路の電流および／または電圧に基づいて信号を発生させるセンサを有する。計算装置がコンピュータプログラムを実行すると、車載充電器は、信号に基づいてＡＣ回路内のアーク故障を検出するように制御される。例えば、計算装置は、センサからの信号の信号処理に基づいてアーク故障を検出するように構成される。

【0061】

一実施形態において、コンピュータプログラムは、車載充電器に、
－ 外部電気回路の安全機構をトリップさせるステップを行わせる。

【0062】

上記実施形態によれば、計算装置がコンピュータプログラムを実行すると、車載充電器は、アーク故障が検出されると安全機構をトリップさせる。例えば、車載充電器は、スイッチを動かしてＡＣ回路に短絡を引き起こす。一例では、車載充電器は、スイッチを動かして接地線に電流を流れさせる。

【0063】

一実施形態において、信号に基づいてＡＣ回路内のアーク故障を検出するステップは、
－ 信号の経時変動を検出するステップ、および／または、
－ 信号の周波数成分を検出するステップから成る。

【0064】

上記実施形態によれば、計算装置がコンピュータプログラムを実行すると、車載充電器は、センサからの信号の変動を検出することができ、および／またはセンサの信号の周波数成分を検出することができる。変動および／または周波数成分に基づいて、車載充電器は、アーク故障が発生したかどうかを判定することができる。

【0065】

一実施形態において、計算装置によってコンピュータプログラムを実行すると、コンピュータプログラムは、車載充電器に、
－ アーク故障を検出すると警告信号を発生させるステップを行わせる。

【0066】

本発明は、図を参照しつつ以下に、より詳細に記載されることになる。図中、本発明の実施形態が図示される。

【図面の簡単な説明】

【0067】

【図1】本発明の一実施形態に係る車両を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る車載充電器を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係る車載充電器の詳細を示す図である。

【図4】本発明の実施形態に係る車載充電器で測定される信号の経時変動を示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係る車載充電器で測定される信号の周波数成分を示す図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0068】

図１は、本発明の一実施形態に係る車両１００を描く。電気自動車１００は、電気回路網１０２を備える。電気回路網１０２は、バッテリ１０４および車載充電器１０６を備える。バッテリ１０４は、電気エネルギーを蓄積するように構成される。電気自動車１００は、４つの車輪および４つの電気モータ１３１～１３４を有する。電気モータ１３１～１３４の各々は４つの車輪の１つに結合される。電気モータ１３１～１３４の各々は４つの車輪の１つを駆動する。バッテリ１０４は、電気モータ１３１～１３４に接続され、電気モータ１３１～１３４に電気エネルギーを提供して電気自動車１００を駆動する。

【0069】

車載充電器１０６は結合装置１１０を備える。結合装置１１０は、外部電気回路１２０に車載充電器１０６を電気的に結合するように構成される。外部電気回路１２０は、ヒューズボックス１２２、ＡＣ配線１２６および充電ステーション１２４を備える。ＡＣ配線１２６は、ヒューズボックス１２２および充電ステーション１２４を互いに接続する。ＡＣ配線１２６を介してヒューズボックス１２２から充電ステーション１２４に電気エネルギーが提供される。

【0070】

図２は、本発明の実施形態に係る車載充電器１０６の略図を描く。車載充電器１０６およびバッテリ１０４は、車載充電器１０６とバッテリ１０４との間で電気エネルギーをＤＣ電力として伝送させるためのＤＣ回路２３０を形成するように配置される。ＤＣ回路２３０を通るＤＣ電力は、ＤＣ電圧およびＤＣ電流によって特性化される。結合インタフェース２１０が充電ステーション１２４に接続される。結合インタフェース２１０は、電気自動車１００の結合装置１１０と結合するように適合される。例えば、結合インタフェース２１０がプラグである一方、結合装置１１０はソケットであり、またはその逆である。結合インタフェース２１０は電線を介して充電ステーション１２４に接続される。

【0071】

ヒューズボックス１２２、ＡＣ配線１２６、充電ステーション１２４、結合インタフェース２１０、結合装置１１０および車載充電器１０６は、共に結合されるとＡＣ回路２２０を形成する。ＡＣ回路２２０を通るＡＣ電力は、ＡＣ電圧およびＡＣ電流によって特性化される。車載充電器１０６は、車載充電器１０６と外部電気回路１２０との間で電気エネルギーをＡＣ電力として伝送させるように構成される。

【0072】

車載充電器１０６の一部がＤＣ回路２３０の一部を形成する一方、車載充電器１０６の別の一部はＡＣ回路２２０の一部を形成する。車載充電器１０６は、電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換するように構成される。

【0073】

ＡＣ配線１２６は相線２４１、中性線２４２および接地線２４３を有する。ＡＣ回路２２０では、相線２４１にＡＣ電圧が適用される。ＤＣ配線２３６は正ＤＣ線２４４および負ＤＣ線２４５を有する。

【0074】

電気自動車１００が外部電気回路１２０に結合され、車載充電器１０６が外部電気回路１２０からの電気エネルギーでバッテリ１０４を充電する場合、ＡＣ電流が相線２４１および中性線２４２を流れる。車載充電器１０６は、ＡＣ回路２２０においてＡＣ電圧およびＡＣ電流によって特性化されるＡＣ電力を変換する。車載充電器１０６はＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。ＡＣ電力でのエネルギーは第１の電圧にある。車載充電器１０６は、第１の電圧にあるＡＣ電力でのエネルギーを第２の電圧にあるＤＣ電力でのエネルギーに変換するように構成される。第２の電圧は、バッテリ１０４を充電するのに適切である電圧である。第２の電圧はＤＣ電圧である。車載充電器１０６がＡＣ電力をＤＣ電力に変換すると、ＤＣ電流がＤＣ配線２３６の正ＤＣ線２４４および負ＤＣ線２４５を流れる。ＤＣ電力はＤＣ電圧およびＤＣ電流によって特性化される。

【0075】

電気自動車１００が外部電気回路１２０に結合される場合、バッテリ１０４は、外部電気回路１２０に電気エネルギーを提供するために使用されてよい。この場合、ＤＣ電流がＤＣ電圧でＤＣ回路２３０に流れる。車載充電器１０６は、ＤＣ回路２３０においてＤＣ電圧およびＤＣ電流によって特性化されるＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。車載充電器１０６は、ＤＣ電圧でのＤＣ電力をＡＣ電圧でのＡＣ電力に変換するように構成される。ＡＣ電圧は、外部電気回路１２０に使用するために適切である電圧である。車載充電器１０６がＤＣ電力をＡＣ電力に変換すると、ＡＣ電流が相線２４１および中性線２４２を流れる。ＡＣ電力はＡＣ電圧およびＡＣ電流によって特性化される。

【0076】

外部電気回路１２０は、アーク故障２５０に陥り得る。アーク故障２５０は、例えば、外部電気回路１２０内の接続不良によって、またはＡＣ配線１２６の電気的絶縁への損傷によって引き起こされる。アーク故障２５０は、ＡＣ回路２２０のＡＣ電圧および／またはＡＣ電流の変化を引き起こす。車載充電器１０６がＡＣ回路２２０の一部を形成するので、車載充電器１０６はアーク故障２５０を検出することができる。

【0077】

図３は、本発明の実施形態に係る車載充電器１０６の詳細を描く。車載充電器１０６は、電力変換器３００、第１のスイッチ３０１、第２のスイッチ３０２、電圧センサ３０４、電流センサ３０６および計算装置３１０を備える。

【0078】

電力変換器３００は、ＡＣ回路２２０の相線２４１および中性線２４２に接続されて外部電気回路１２０からＡＣ電力を受け取る。電力変換器３００はＡＣ回路２２０の接地線２４３にも接続される。電力変換器３００は、ＤＣ回路２３０の正ＤＣ線２４４および負ＤＣ線２４５に接続されてバッテリ１０４にＤＣ電力を提供する。電力変換器３００は、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成される。任意選択で、電力変換器３００は、ＤＣ回路２３０からのＤＣ電力をＡＣ回路２２０のためのＡＣ電力に変換するように構成される。

【0079】

電流センサ３０６は相線２４１に配置される。電流センサ３０６は、バッテリ１０４が充電されているときにＡＣ回路２２０からＡＣ電流を受ける。電流センサ３０６は、ＡＣ回路２２０におけるＡＣ電流に基づいて信号を発生させるように構成される。外部電気回路１２０にアーク故障２５０が発生する場合、電流センサ３０６はＡＣ電流の特性変化を検出する。電流センサ３０６は、ＡＣ電流の特性変化に基づいて信号を発生させる。

【0080】

電圧センサ３０４は、相線２４１と中性線２４２との間に配置されて相線２４１と中性線２４２との間のＡＣ電圧を検出する。電圧センサ３０４は、ＡＣ回路２２０のＡＣ電圧に基づいて信号を発生させるように構成される。電圧センサ３０４は、車載充電器１０６と外部電気回路１２０との間でエネルギーが伝送されていないときでもＡＣ電圧を検出することができる。外部電気回路１２０にアーク故障２５０が発生する場合、電圧センサ３０４はＡＣ電圧の特性変化を検出する。電圧センサ３０４は、ＡＣ電圧の特性変化に基づいて信号を発生させる。

【0081】

任意選択で、車載充電器１０６は、車載充電器１０６によって受信されるＡＣ電力信号、すなわち外部回路１２０からのＡＣ電力をフィルタリングするように構成されるローパスフィルタ３３０を備える。図示される配置では、ローパスフィルタ３３０は、電力変換器３００の上流で電圧センサ３０４および電流センサ３０６の下流に配置される。図示される実施形態において、ローパスフィルタ（３３０）は、そのためＡＣ回路２２０に配置される。

【0082】

任意選択で、車載充電器１０６は、電圧センサ３０４および／または電流センサ３０６からの信号の制御下で電気エネルギーをＤＣ電力とＡＣ電力との間で変換する。

【0083】

計算装置３１０は、信号の経時変動および／または信号の周波数成分に基づいてアーク故障２５０を検出するように構成される。計算装置３１０は、電流センサ３０６からの信号、電圧センサ３０４からの信号、または電流センサ３０６および電圧センサ３０４からの両信号を受信する。計算装置３１０は、１つまたは複数の信号に信号処理を行って、アーク故障２５０が発生したかどうかを判定する。このように、車載充電器１０６は、外部電気回路１２０内のアーク故障２５０を検出するように構成される。

【0084】

車載充電器１０６がアーク故障２５０を検出した場合、車載充電器１０６は外部電気回路１２０の安全機構をトリップさせる。車載充電器１０６がアーク故障２５０を検出すると、車載充電器１０６は第１のスイッチ３０１を開位置から閉位置に動かす。開位置では、第１のスイッチ３０１は接地線２４３と相線２４１を接続しない。閉位置では、第１のスイッチ３０１は接地線２４３と相線２４１を接続する。第１のスイッチ３０１が閉位置にあると相線２４１が接地線２４３に接続されるので、相線２４１から接地線２４３に電流が流れ始める。結果として、相線２４１を通る電流は、中性線２４２を通る電流とは異なるようになる。外部電気回路１２０のヒューズボックス１２２内の漏電遮断器回路が、相線２４１および中性線２４２を通る電流間に差があることを検出する。結果として、漏電遮断器回路は外部電気回路１２０を遮断する。

【0085】

第１のスイッチ３０１を動かすことに加えてまたは代替的に、車載充電器１０６がアーク故障２５０を検出すると、車載充電器１０６は第２のスイッチ３０２を開位置から閉位置に動かす。開位置では、第２のスイッチ３０２は中性線２４２と相線２４１を接続しない。閉位置では、第２のスイッチ３０２は中性線２４２と相線２４１を接続する。第２のスイッチ３０２が閉位置にあると相線２４１が中性線２４２に直接接続されるので、ＡＣ回路２２０は短絡される。相線２４１から第２のスイッチ３０２を介して中性線２４２に大電流が流れる。大電流は、外部電気回路１２０のヒューズボックス１２２内の回路遮断器またはヒューズに外部電気回路１２０を遮断させる値に増加する。

【0086】

車載充電器１０６は、アーク故障２５０を検出すると警告信号を発生させるように構成される。車載充電器１０６は、通信装置３２０を備える。車載充電器１０６がアーク故障２５０を検出すると、通信装置３２０は警告信号を送信する。通信装置３２０は、車両１００のユーザにアーク故障２５０が発生したと警告するために、例えば、ディスプレイまたはモバイルデバイスに警告信号を送信する。警告信号は、例えば、アーク故障が検出されたため、アーク故障の原因を発見するために電気技師が外部電気回路を調査するべきであることを示す。

【0087】

図４は、本発明の実施形態に係る車載充電器１０６で測定される信号の時間の変動を描く。図４は、ｘ軸上に時間およびｙ軸上に電圧を表す値のグラフを描く。グラフは、ＡＣ回路２２０のＡＣ電圧を測定する電圧センサ３０４によって提供される信号を表す。電圧の値は、－１と＋１との間の正規化値として表された。ＡＣ回路２２０の電圧に応じて、電圧は、－１１０Ｖから＋１１０Ｖに、－２２０Ｖから＋２２０Ｖに、－３４０Ｖから＋３４０Ｖに、または任意の他の範囲に及んでよい。ｘ軸上の時間は、グラフに沿って左から右に動くと増すように示された。時間値はＡＣ電圧の主周波数、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚまたは任意の他の適切な周波数に依存する。

【0088】

グラフは、アーク故障が発生しない時限４００を図示する。時限４００では、電圧センサ３０４は、正弦形状で経時的に変化する電圧を測定する。正弦形状上の一部の小変動が発生し得る。時限４１０では、アーク故障２５０が発生する。グラフから明らかであるように、正弦形状が変化して擾乱４１１を含む。これらの擾乱４１１はアーク故障２５０に典型的である。電圧センサ３０４で擾乱４１１を検出することによって、車載充電器１０６はアーク故障２５０を検出することができる。

【0089】

図５は、本発明の実施形態に係る車載充電器１０６によって測定される信号の周波数成分を描く。図５は、ｘ軸上に周波数およびｙ軸上にそれらの周波数の大きさのグラフを描く。グラフは、ＡＣ回路２２０のＡＣ電圧を測定する電圧センサ３０４によって提供される信号の周波数成分を表す。同様のグラフが、例えば電流センサ３０６からの信号に基づいて創出される。周波数および大きさの値が図から省かれるが、これらが、ＡＣ回路２２０の主周波数、ＡＣ電圧の振幅およびＡＣ電流の振幅のような、様々な要因に依存するからである。

【0090】

線５００は、アーク故障が発生しないときの信号の周波数成分を図示する。周波数成分は、大部分はＡＣ回路２２０の主周波数５１０の周りに集中される。主周波数５１０は例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。理想的には、主周波数５１０の周りの周波数成分は狭いスパイクである。しかしながら、ＡＣ回路２２０における様々な擾乱により、擾乱によって引き起こされる主周波数５１０の周りの周波数帯がある。アーク故障がない場合、主周波数５１０以外の周波数は信号の周波数成分に存在する。線５００に図示されるように、それらの他の周波数の大きさは、主周波数５１０の大きさより非常に低い。

【0091】

線５０２は、アーク故障２５０が発生するときの信号の周波数成分を図示する。アーク故障２５０のため、主周波数５１０以外の周波数の振幅は信号中で増加する。結果として、主周波数５１０の大きさが減少する一方、周波数５１０以外の周波数の大きさは増加する。これにより、アーク故障２５０が発生しないときと比較してアーク故障２５０が発生すると信号は主周波数５１０には低い大きさを有することになる。アーク故障２５０が発生しないときと比較してアーク故障２５０が発生すると信号は主周波数５１０以外の周波数には高い大きさを有する。周波数成分の変化に基づいて、車載充電器１０６は、アーク故障２５０が発生したと検出することができる。例えば、車載充電器１０６は、周波数成分の変化が閾値を超えるとアーク故障２５０を検出する。

【0092】

図６は、本発明の第２の実施形態に係る方法を描く。本方法は、電気自動車１００を使用してアーク故障２５０を検出するためのものである。電気自動車１００は、電気回路網１０２およびセンサ３０４、３０６を備える。本方法は以下のステップを含む。第１のステップは、外部電気回路１２０に電気回路網１０２を接続してＡＣ回路２２０を形成することである。第２のステップは、ＡＣ回路２２０の電流および／または電圧に基づいて、例えばセンサで、信号を発生させることである。第３のステップは、信号の制御下で電気回路網１０２と外部電気回路１２０との間でエネルギーを伝送させることである。第４のステップは、信号に基づいてＡＣ回路２２０内のアーク故障２５０を検出することである。第５のステップは、外部電気回路１２０の安全機構を電気回路網１０２でトリップさせることである。安全機構のトリップは、例えばＡＣ回路２２０を短絡させることによって行われる。

【0093】

必要に応じて、本文書は本発明の詳細な実施形態を記載する。

【0094】

説明に使用される様々な用語は、限定的としてではなく、むしろ本発明の包括的な説明として解釈されるべきである。

【0095】

本明細書で使用される単語「ａ」は、特記しない限り、１つまたは２つ以上を意味する。句「複数の」は、２つまたは３つ以上を意味する。単語「備える」および「有する」は、更なる要素の存在を排除しない。

【符号の説明】

【0096】

１００ 電気自動車
１０２ 電気回路網
１０４ バッテリ
１０６ 車載充電器
１１０ 結合装置
１２０ 外部電気回路
１２２ ヒューズボックス
１２４ 充電ステーション
１２６ ＡＣ配線
１３１～１３４ 電気モータ
２１０ 結合インタフェース
２２０ ＡＣ回路
２３０ ＤＣ回路
２３６ ＤＣ配線
２４１ 相線
２４２ 中性線
２４３ 接地線
２４４ 正ＤＣ線
２４５ 負ＤＣ線
２５０ アーク故障
３００ 電力変換器
３０１ 第１のスイッチ
３０２ 第２のスイッチ
３０４ 電圧センサ
３０６ 電流センサ
３１０ 計算装置
３２０ 通信装置
３３０ ローパスフィルタ
４００ 時限
４１０ 時限
４１１ 擾乱
５００ 線
５０２ 線
５１０ 主周波数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】