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公開番号2021090331
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210610
出願番号2019221088
出願日20191206
発明の名称車両に搭載された車両側短絡検知システム
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人明成国際特許事務所
主分類B60L 3/00 20190101AFI20210514BHJP(車両一般)
要約【課題】走行中給電の実行中において集電装置の電極の短絡状態を検知可能とする。
【解決手段】車両に搭載された車両側短絡検知システムは、路面に敷設された路面電極に接触して前記路面電極から電力を受ける集電電極212+,212-と、前記集電電極で受電した電力を前記車両に搭載されたバッテリに充電可能な電力に変換する受電回路220と、前記集電電極と前記受電回路との間に配置された短絡検知回路230であって、前記短絡検知回路を流れる電流の大きさに従って変化する検出値Vpdを得るための短絡検知回路と、短絡検知開始条件が満たされた際に、前記短絡検知回路を動作させて短絡の検知を行なって前記検出値を取得し、取得した前記検出値が短絡判定閾値を越えている場合に、前記路面電極からの給電を禁止させる制御装置250と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
車両に搭載された車両側短絡検知システムであって、
路面に敷設された路面電極に接触して前記路面電極から電力を受ける集電電極(212+,212−)と、
前記集電電極で受電した電力を前記車両に搭載されたバッテリに充電可能な電力に変換する受電回路(220)と、
前記集電電極と前記受電回路との間に配置された短絡検知回路(230)であって、前記短絡検知回路を流れる電流の大きさに従って変化する検出値(Vpd)を得るための短絡検知回路と、
短絡検知開始条件が満たされた際に、前記短絡検知回路を動作させて短絡の検知を行なって前記検出値を取得し、取得した前記検出値が短絡判定閾値を越えている場合に、前記路面電極からの給電を禁止させる制御装置(250)と、
を備える、車両側短絡検知システム。
続きを表示(約 1,800 文字)【請求項2】
請求項1に記載の車両側短絡検知システムであって、
前記短絡検知回路の動作は、前記路面電極からの給電が停止されている状態で開始される、車両側短絡検知システム。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の車両側短絡検知システムであって、
前記制御装置は、前記集電電極が前記路面電極に接触していない状態で前記検出値が前記短絡判定閾値を超えている場合において、前記集電電極を搭載した車両側で短絡が発生していると判定して前記給電を禁止させる、車両側短絡検知システム。
【請求項4】
請求項3に記載の車両側短絡検知システムであって、
前記制御装置は、前記集電電極が前記路面電極に接触している状態で前記検出値が前記短絡判定閾値を超えている場合において、前記集電電極を前記路面電極に接触しない状態とした後、再び、前記短絡検知回路を動作させて前記検出値を取得する、車両側短絡検知システム。
【請求項5】
請求項1または請求項2に記載の車両側短絡検知システムであって、
前記制御装置は、前記集電電極が前記路面電極に接触しない状態において、前記短絡検知回路を動作させて前記短絡の検知を行なって前記検出値を取得し、取得した前記検出値が短絡判定閾値を越えている場合に、前記車両側で短絡が発生していると判定して前記給電を禁止させる、車両側短絡検知システム。
【請求項6】
請求項1または請求項2に記載の車両側短絡検知システムであって、
前記制御装置は、
(a)前記短絡検知回路を動作させて前記短絡の検知を行なって前記検出値を取得し、
(b)前記検出値が第1短絡判定閾値を超えている場合において、前記集電電極が前記路面電極に接触している状態では、前記集電電極を前記路面電極に接触しない状態とした後、再度、前記短絡検知回路を動作させて前記短絡の検知を行なって前記検出値を取得し、
(c)前記検出値が第1短絡判定閾値(V1)を超えている場合において、前記集電電極が前記路面電極に接触していない状態では、さらに、前記検出値が前記第1短絡判定閾値よりも小さい第2短絡判定閾値(V2)を超えている場合に、前記集電電極を搭載した車両側で短絡が発生していると判定して前記給電を禁止させる、
車両側短絡検知システム。
【請求項7】
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の車両側短絡検知システムであって、
前記集電電極の短絡状態の検知の開始を判定するための情報として予め定めた車両情報の検出値(DT,TE)が予め設定した閾値(Dr,Tr)以上となった場合が、前記短絡検知開始条件が満たされた際に対応する、車両側短絡検知システム。
【請求項8】
請求項7に記載の車両側短絡検知システムであって、
前記車両情報は走行距離(DT)と走行時間(TE)の少なくとも一方である、車両側短絡検知システム。
【請求項9】
請求項7または請求項8に記載の車両側短絡検知システムであって、
前記閾値は、融雪道路における値が非融雪道路における値に比べて小さく設定される、車両側短絡検知システム。
【請求項10】
請求項7から請求項9のいずれか一項に記載の車両側短絡検知システムであって、
前記制御装置は、前記短絡の検知の実行回数をカウントし、カウント数の増加に応じて、前記閾値として設定される値を小さくする、車両側短絡検知システム。
【請求項11】
請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の車両側短絡検知システムであって、
前記受電回路と前記集電電極の間の電気的な接続を制御するリレー回路(222)を備え、
前記短絡検知回路は、
前記リレー回路に並列なバイパス経路に配置され、前記短絡検知回路の動作時に、前記バイパス経路を介して前記集電電極と前記受電回路とが電気的に接続されるように動作する両方向スイッチ回路(232,234)と、
前記両方向スイッチ回路よりも前記集電電極側の前記バイパス経路に配置され、前記バイパス経路を流れる電流の大きさを制限する制限抵抗(Rd)と、
を備える、車両側短絡検知システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、車両に搭載された集電電極の短絡を検知する技術に関する。
続きを表示(約 6,800 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、絶縁検知センサを用いることなく充電ポートの短絡を検知することが可能な車両駆動装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2010−41794号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来技術は、車両起動時及び車両停止時のみの短絡検知を前提としており、走行中給電の実行中における短絡検知については何ら考慮されていない。このため、走行中給電の実行中における、車両に搭載された集電装置の電極や路面電極に異物の付着等による電極の短絡を招く可能性がある。そこで、走行中給電の実行中において、集電装置の電極や路面電極の短絡を検知可能とすることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一形態によれば、車両に搭載された車両側短絡検知システムが提供される。この車両側短絡検知システムは、路面に敷設された路面電極に接触して前記路面電極から電力を受ける集電電極(212+,212−)と、前記集電電極で受電した電力を前記車両に搭載されたバッテリに充電可能な電力に変換する受電回路(220)と、前記集電電極と前記受電回路との間に配置された短絡検知回路(230)であって、前記短絡検知回路を流れる電流の大きさに従って変化する検出値(Vpd)を得るための短絡検知回路と、短絡検知開始条件が満たされた際に、前記短絡検知回路を動作させて短絡の検知を行なって前記検出値を取得し、取得した前記検出値が短絡判定閾値を越えている場合に、前記路面電極からの給電を禁止させる制御装置(250)と、を備える。
この形態の車両側短絡検知システムによれば、走行中給電の実行中においても、集電電極と受電回路との間に配置された短絡検知回路を動作させて短絡の検知を行って、取得した検出値が短絡判定閾値を越えている場合に、路面電極からの給電を禁止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
車両側短絡検知システムを備えた接触式の車両給電システムを示す説明図。
集電装置の概略構成を示す正面図。
短絡検知回路の構成を示す第1の説明図。
短絡検知回路の構成を示す第2の説明図。
短絡検知回路の構成を示す第3の説明図。
第1実施形態の短絡検知開始判断処理を示すフローチャート。
第1実施形態の車両側短絡検知処理を示すフローチャート。
車両側で短絡無しと判定される場合の電圧降下の状態の例を示す説明図。
車両側で短絡有りと判定される場合の電圧降下の状態の例を示す説明図。
短絡無しと判定される場合の電圧降下の状態の例を示す説明図。
第1実施形態の給電側短絡検知処理を示すフローチャート。
第2実施形態の車両側短絡検知処理を示すフローチャート。
第3実施形態の車両側短絡検知処理を示すフローチャート。
第4実施形態の短絡検知開始判断処理を示すフローチャート。
第5実施形態の短絡検知開始判断処理を示すフローチャート。
第6実施形態の短絡検知開始判断処理を示すフローチャート。
第7実施形態の車両側短絡検知処理を示すフローチャートである。
車両側で短絡無しと判定される場合の電圧降下の状態の例を示す説明図。
車両側で短絡有りと判定される場合の電圧降下の状態の例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
A.第1実施形態:
図1には、車両VHに搭載された受電装置200に対して車両走行路TPに敷設された路面側給電装置100から電力を供給する接触式の車両給電システム10が示されている。図1において、x方向は車両走行路TPの走路に沿った車両VHの進行方向を示し、y方向は車両走行路TPの幅方向を示し、z方向は垂直上方向を示す。後述する他の図におけるx,y,zの方向も、図1と同じ方向を示している。
【0008】
路面側給電装置100は、複数の給電セグメント105と、電源装置140と、電源装置140から供給される直流電力を車両VHに供給可能な電圧に変換して複数の給電セグメント105に供給する給電回路120と、を備えている。また、路面側給電装置100は、電力の供給を受ける車両VHとの間で無線通信を行なう通信装置150と、通信装置150及び複数の給電セグメント105の動作を制御する制御装置160と、を備えている。給電回路120は、例えば、DC/DCコンバータで構成される。
【0009】
各給電セグメント105は、路面電極110と、リレー回路122と、短絡検知回路130と、を備えている。路面電極110は、車両走行路TPの路面に走路に平行に敷設された一対のレール状の電極である。各給電セグメント105の路面電極110は、車両走行路TPの走路に沿って順に予め定めた間隔で敷設されている。リレー回路122は、制御装置160の制御により、給電回路120から出力される電力の路面電極110への供給と遮断を切り替えるスイッチ回路である。
【0010】
後述する集電装置210の一対の集電電極が路面電極110の一対のレール状電極に接触することにより、給電回路120から供給される電力が車両VHの受電装置200に対して供給される。短絡検知回路130は、制御装置160の制御により、路面電極110の短絡を検知するための回路である。なお、短絡検知回路130及び給電装置側短絡検知処理については後述する。
【0011】
制御装置160は、各給電セグメント105の給電回路120とリレー回路122と短絡検知回路130の動作を制御する。制御装置160は、例えば、コンピュータ等を用いて構成される。
【0012】
車両VHは、例えば、電気自動車やハイブリッド車、燃料電池車等の電力をエネルギーとして利用する車両として構成される。車両VHは、図1に示すように、電力の供給を受ける受電装置200と、受電装置200の短絡を検知するための短絡検知回路230と、電力を供給する路面側給電装置100との間で無線通信を行なう通信装置240と、短絡検知回路230、通信装置240及び受電装置200の動作を制御する制御装置250と、を備えている。また、車両VHは、その他、モータジェネレータ、モータジェネレータが動力を発生する場合にはモータジェネレータに電力を供給し、モータジェネレータが電力を発生する場合には発生した電力をバッテリに供給するインバータ回路等を備えるが、図示及び説明は省略する。
【0013】
受電装置200は、集電装置210と、受電回路220と、リレー回路222と、バッテリ224と、を備えている。
【0014】
集電装置210は、図2に示すように、路面電極110の一対の電極112+,112−に接触する一対の集電電極212+,212−を有し、路面電極110からの電力を受ける装置である。一対の集電電極212+,212−は、アーム218で支持された絶縁部214の−z方向、すなわち、車両走行路TP側を向く下面に配置されている。路面側の一対の電極112+,112−は、電極間の絶縁のために要求される沿面距離を確保するようにy方向に沿って離間して配置される。一対の集電電極212+,212−も、路面側の一対の電極112+,112−と同様に、電極間の絶縁のために要求される沿面距離を確保するようにy方向に沿って離間して配置される。
【0015】
集電装置210は、路面側給電装置100から電力の供給を受ける場合、制御装置250の不図示のアクチュエータの制御によって一対の集電電極212+,212−が路面側の一対の電極112+,112−に接触するように下方向に設置される。また、集電装置210は、路面側給電装置100から電力の供給を受けない場合、制御装置250の不図示のアクチュエータの制御によって、一対の集電電極212+,212−が路面側の一対の電極112+,112−に非接触となるように上方向に退避して、車両VHに収納される。なお、路面側の一対の電極112+,112−を特に区別する必要がない場合には、単に「路面電極110」と呼ぶ場合もある。同様に、一対の集電電極212+,212−を特に区別する必要がない場合には、単に「集電電極212」と呼ぶ場合もある。
【0016】
図1の受電回路220は、制御装置250の制御により、集電装置210の集電電極212で受電した電力を内部で利用可能な電力に変換し、バッテリ224に充電する回路ブロックである。受電回路220は、例えば、DC/DCコンバータで構成される。リレー回路222は、制御装置250の制御により、集電装置210で受電される電力の受電回路220への供給と遮断を切り替えるスイッチ回路である。
【0017】
短絡検知回路230は、制御装置250の制御により、一対の集電電極212の短絡を検知するための回路である。なお、短絡検知回路230及び短絡検知処理については後述する。
【0018】
制御装置250は、集電装置210の設置/収納のためのアクチュエータ、受電回路220、リレー回路222、短絡検知回路230、通信装置240、及び、その他の不図示の種々の装置の動作を制御する。制御装置250は、例えば、マイクロコンピュータ等を用いて構成される。
【0019】
短絡検知回路230は、図3,図4に示すように、短絡検知回路230は、正極側の集電電極212+と受電回路220との間の通常の接続経路に設けられたリレー回路222をバイパスするバイパス経路に、2つのスイッチ回路232,234と制限抵抗236とを直列に配置して接続した回路である。
【0020】
リレー回路222は、リレー用の半導体スイッチ(以下、「リレー用スイッチ」とも呼ぶ)Sprとリレー用の保護ダイオードDprとを有している。リレー回路222は、リレー用スイッチSprがONとされることで、通常の接続経路で正極側の集電電極212+と受電回路220との間を接続する。
【0021】
第1のスイッチ回路232は、第1の半導体スイッチ(以下、「第1のスイッチ」とも呼ぶ)S1と第1の保護ダイオードD1とを有しており、第2のスイッチ回路234は、第2の半導体スイッチ(以下、「第2のスイッチ」とも呼ぶ)S2と第2の保護ダイオードD2とを有している。第1のスイッチ回路232は、第1のスイッチS1がONとされることで、第1のスイッチS1及び第2の保護ダイオードD2を介して、受電回路220から正極側の集電電極212+に向かう電流を許容する。第2のスイッチ回路234は、第2のスイッチS2がONとされることで、第2のスイッチS2及び第1の保護ダイオードD1を介して、正極側の集電電極212+から受電回路220に向かう電流を許容する。従って、2つのスイッチ回路232,234は両方向の電流の流れを許容する両方向スイッチ回路に相当する。
【0022】
受電装置200で電力の供給を受ける場合、短絡検知回路230は、図3に示すように、リレー回路のスイッチSprがON、2つの半導体スイッチS1,S2がOFFの非動作状態とされ、受電回路220と集電電極212+,212−とがリレー回路222を介して接続された通常動作状態とされる。これに対して短絡検知を実行する場合、短絡検知回路230は、図4に示すように、リレー回路222のスイッチSprがOFF、2つのスイッチ回路232,234の半導体スイッチS1,S2がONの動作状態とされることで、リレー回路222をバイパスして動作する。なお、図3,図4における矢印は電流の向きを示している。
【0023】
短絡検知回路230の動作状態に関わらず、一対の集電電極212+,212−の電極間、及び、一対の集電電極212+,212−が接触している路面側の電極112+,112−の電極間のいずれにおいても短絡が発生していない場合には、図3,図4に示すように、集電電極212+,212−の電極間に発生した電圧Vtの電力が受電回路220に供給される。
【0024】
短絡検知回路230を動作状態とした場合において、図5に示すように、一対の集電電極212+,212−の電極間、あるいは、一対の集電電極212+,212−が接触している路面電極110の一対の電極112+,112−の電極間に短絡が発生している場合には、短絡検知回路230は、以下で説明するように動作する。
【0025】
バッテリ224から正極側の集電電極212+に向けて、受電回路220を通り抜けるとともに、2つのスイッチ回路232,234及び制限抵抗236を介して、制限抵抗236の抵抗値Rdに従って制限された短絡電流が流れる。この際、制限抵抗236の一端が正極側の集電電極212+と接続された接続点Pd(以下、「検出点Pd」と呼ぶ)における電位は、短絡が発生していない場合の電位よりも低い電位まで降下する。具体的には、検出点Pdにおける電位は、バッテリ224の電圧及び制限抵抗236の抵抗値Rd(以下、「制限抵抗Rd」とも呼ぶ)と短絡抵抗の抵抗値Rs(以下、「短絡抵抗Rs]とも呼ぶ)の抵抗比によって定まる電位まで降下する。なお、短絡抵抗Rsは、集電電極212と路面電極110の接触の有無や、短絡の位置、短絡の原因となった異物等の状態によって変化する。
【0026】
従って、短絡検知回路230を動作状態として、図5に示す電圧センサSvによって検出点Pdの電位を計測すれば、検出点Pdの電位から求められる検出点Pdの電圧降下の大きさから短絡の発生を検知することができる。
【0027】
路面側給電装置100の短絡検知回路130は、車両VHの短絡検知回路230と同じ回路を用いることができる。短絡検知回路130は、図示は省略するが、図3〜図5のバッテリ224及び受電回路220を電源装置140及び給電回路120に置き換え、一対の集電電極212+,212−と一対の路面側電極112+,112−との位置関係を入れ替えた構成である。短絡検知回路130の動作は、短絡検知回路230と同様である。
【0028】
なお、以下の説明では、車両VHと路面側給電装置100とで同じ名称の構成要素を区別するために、車両VHの構成要素には「車両側」という接頭語を付し、路面側給電装置100の構成要素には「給電側」という接頭語を付す場合もある。
【0029】
車両VHでは、以下で説明するように、車両側制御装置250が、図6に示す短絡検知開始判断処理を実行し、短絡検知開始条件が満たされた場合に、車両側短絡検知回路230を用いて、図7に示す車両側短絡検知処理を実行する。また、路面側給電装置100では、給電側制御装置160が、後述するように、車両側短絡検知処理に連動して、給電側短絡検知回路130を用いて図11に示す給電側短絡検知処理を実行する。なお、短絡検知開始判断処理は、例えば、車両VHの始動時及び短絡検知処理の終了時に実行される。これにより、短絡検知開始条件が満たされた場合に、自動的に、短絡検知を行なうことができる。
【0030】
図6に示す短絡検知開始判断処理において、車両側制御装置250は、まず、短絡検知開始条件が満たされた短絡検知タイミングとなるまで待機する(ステップS10)。具体的には、前回短絡検知の実行時点からの走行距離DT[km]が予め設定した閾値距離Dr[km]以上となる(ステップS12:YES)か、前回短絡検知の実行時点からの走行時間TE[h]が予め設定した閾値時間Tr[h]以上となる(ステップS14:YES)まで、待機する。
(【0031】以降は省略されています)

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