JP2003250201A

JP2003250201A - 車両用地絡検出装置

Info

Publication number: JP2003250201A
Application number: JP2002049642A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Morita; 剛森田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-09-05
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: JP3783633B2

Abstract

(57)【要約】【課題】地絡の発生、或いは車両容量の増大を高精度
に検知することのできる車両用地絡検出装置を提供す
る。【解決手段】カップリングコンデンサＣ１の一端側に
直流電源１のプラス端子を接続し、カップリングコンデ
ンサＣ１の他端側となる測定点Ａに、矩形波パルス信号
を印加し、測定点Ａに発生するの電圧信号を検出して、
直流電源１の地絡を検出する車両用地絡検出装置におい
て、矩形波パルス信号が第１の位相となる時点で、測定
点にて測定される電圧ＶHと、矩形波パルス信号が第２
の位相となる時点で、測定点Ａにて測定される電圧値Ｖ
Lと、の差分ＶP-Pを求め、該差分電圧ＶP-Pに基づい
て、直流電源１の地絡を検出することを特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地絡検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気自動車に設けられた高電圧の
電源と車体との地絡を検出する技術として、特開平８−
７０５０３号公報（以下、従来例という）に記載された
技術が知られている。

【０００３】上記従来例では、直流電源のプラス母線に
カップリングコンデンサ、抵抗を介して接続したインピ
ーダンス変換器にデューティー比５０％の矩形波パルス
を入力し、この矩形波パルスの出力を基準電圧と比較
し、地絡を検出するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例に記載された地絡検出装置では、高電圧電源の
プラス母線と接続されたカップリングコンデンサの一端
におけるインピーダンスを予め定められたしきい値と比
較するようにしているので、車体自身が有する容量によ
って生じるインピーダンスについても検出してしまう。
即ち、地絡を検出するためのインピーダンス成分と、車
両の容量に起因するインピーダンスとを合計したインピ
ーダンスを検出してしまい、高精度な検出ができないと
いう欠点があった。

【０００５】この発明はこのような従来の課題を解決す
るためになされたものであり、その目的とするところ
は、高精度な地絡検出が可能な車両用地絡検出装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願請求項１に記載の発明は、カップリングコンデ
ンサの一端側に直流電源のプラス端子を接続し、前記カ
ップリングコンデンサの他端側となる測定点に、矩形波
パルス信号を印加し、前記測定点に発生するの電圧信号
を検出して、前記直流電源の地絡を検出する車両用地絡
検出装置において、前記矩形波パルス信号が第１の位相
となる時点で、前記測定点にて測定される第１の電圧値
と、前記矩形波パルス信号が前記第１の位相とは異なる
第２の位相となる時点で、前記測定点にて測定される第
２の電圧値と、の差分を求め、該差分電圧に基づいて、
前記直流電源の地絡を検出することを特徴とする。

【０００７】請求項２に記載の発明は、カップリングコ
ンデンサの一端側に直流電源のプラス端子を接続し、前
記カップリングコンデンサの他端側となる測定点に、矩
形波パルス信号を印加し、前記測定点に発生するの電圧
信号を検出して、前記直流電源の地絡を検出する車両用
地絡検出装置において、前記測定点に矩形波パルス信号
を出力する発振回路と、前記矩形波パルス信号が第１の
位相となる時点で、前記測定点にて測定される第１の電
圧値と、前記矩形波パルス信号が前記第１の位相とは異
なる第２の位相となる時点で、前記測定点にて測定され
る第２の電圧値と、を測定し、且つ、第１の電圧値と第
２の電圧値との差分を求める電圧測定手段と、前記電圧
測定手段により測定された差分電圧に基づいて、前記直
流電源の地絡を検出する検出手段と、前記検出手段にて
地絡が検出された際に、これを報知する報知手段と、を
具備したことを特徴とする。

【０００８】請求項３に記載の発明は、前記矩形波パル
スは、デューティー比５０％であり、前記第１の位相
は、該矩形波パルスがＨレベルの時点であり、前記第２
の位相は、矩形波パルスがＬレベルの時点あることを特
徴とする。

【０００９】請求項４に記載の発明は、前記矩形波パル
スは、車両が有する容量が、容量最大値の９０％を越え
たときに、前記第１の電圧と第２の電圧との差分電圧が
小さくなるように前記矩形波パルス信号の周波数、及び
前記第１の位相、第２の位相を設定することを特徴とす
る。

【００１０】請求項５に記載の発明は、車両が有する容
量に応じた周波数を有するパルス信号を前記測定点に出
力し、当該測定点における電圧振幅を測定し、この測定
された電圧振幅と、予め設定した電圧振幅と絶縁抵抗と
の対応データに基づいて、地絡を検出することを特徴と
する。

【００１１】

【発明の効果】請求項１の発明では、矩形波パルスが第
１の位相となる時点で測定される第１の電圧と、第２の
位相となる時点で測定される第２の電圧との差分電圧を
求め、該差分電圧の大きさに基づいて、地絡を検出す
る。従って、地絡の発生、或いは車両容量の増大を確実
に検知することができる。

【００１２】請求項２の発明では、発振回路より出力さ
れる矩形波パルスが第１の位相となる時点で測定される
第１の電圧と、第２の位相となる時点で測定される第２
の電圧を測定する。そして、電圧測定手段では、これら
の差分電圧を測定し、この差分電圧の大きさに基づいて
地絡を検出する。従って、地絡の発生、或いは車両容量
の増大を確実に検知し、操作者に通知することができ
る。

【００１３】請求項３の発明では、矩形波パルスのデュ
ーティー比を５０％とし、第１の位相を矩形波パルスの
Ｈレベルの時点、第２の位相を矩形波パルスのＬレベル
の時点に設定するので、高精度な地絡検出が可能とな
る。

【００１４】請求項４の発明では、車両が有する容量
が、容量最大値の９０％を越えたときに、第１の電圧と
第２の電圧との差分電圧が小さくなるように矩形波パル
スの周波数、及び第１の位相、第２の位相を設定するの
で、確実に地絡の発生、或いは車両容量の増大を検出す
ることができる。

【００１５】請求項５の発明では、予め設定した電圧振
幅と絶縁抵抗との対応データに基づいて、地絡の発生、
或いは車両容量の増大を検出するので、検出精度を向上
させることができる。また、車両の種類に応じて、測定
回路の素子を変更する必要がないので、構成が容易とな
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る
地絡検出装置の構成を示すブロック図である。同図に示
すように、該地絡検出装置１０は、電気自動車用のモー
タ３駆動用のインバータ２に電圧を供給するための直流
電源１が地絡した際に、これを検知するものであり、地
絡検出回路４と、地絡が検出された際に、これを操作者
に通知するためのインジケータ（報知手段）５と、を具
備している。

【００１７】地絡検出回路４は、直流電源１のプラス側
出力端と接続するカップリングコンデンサＣ１と、制御
回路６と、電圧測定回路７と、抵抗Ｒ１とを有してい
る。

【００１８】電圧測定回路７は、カップリングコンデン
サＣ１の一端側（測定点Ａ）に発生する電圧を測定する
ものであり、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との直列接続回
路、及びコンデンサＣ２に対して並列的に接続されるツ
ェナーダイオードＤ１とを有している。そして、抵抗Ｒ
２とコンデンサＣ２との接続点は、制御回路６に接続さ
れている。

【００１９】制御回路６は、測定点Ａに矩形波パルス信
号を出力し、且つ、該測定点Ａに発生する電圧を検出し
て、直流電源１に地絡を検出するものであり、矩形波パ
ルスを出力する出力部（発振回路）１１と、電圧測定回
路７より出力される電圧信号（抵抗Ｒ２とコンデンサＣ
２との接続点に発生する電圧信号）をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換部１２と、制御中枢となるＣＰＵ（電圧測定手
段、検出手段）１３、及びＲＡＭ１４、ＲＯＭ１５、タ
イマ１６、カウンタ１７を具備している。

【００２０】そして、後述するように、ＣＰＵ１３は、
出力部１１より出力する矩形波パルス信号の周波数、デ
ューティー比を設定すると共に、Ａ／Ｄ変換部１２より
出力される電圧信号に基づいて、直流電源１の地絡を検
出する。

【００２１】また、ＲＯＭ１５には、電圧測定回路７に
て測定される電圧値（電圧振幅値）と直流電源１の絶縁
抵抗値との対応を示すデータが記憶されている。

【００２２】次に、上述のように構成された本実施形態
の動作について、図２に示すフローチャートを参照しな
がら説明する。

【００２３】まず、ステップＳ１０の処理で、カウンタ
１７をリセットする。次いで、ステップＳ２０にて、カ
ウンタ１７によるカウントを開始する。

【００２４】その後、ステップＳ３０にて、出力部１１
より、予め設定した周期Ｔ、及びデューティー比（例え
ば、５０％）となる矩形波パルス信号の、「Ｈ」レベル
となる信号を出力する。そして、カウンタ１７にて計時
される時間Ｔcが周期Ｔの１／２の直前となると、即
ち、Ｔ／２の時間が経過する直前となると、ステップＳ
４０でＹＥＳとなり、ステップＳ５０にて、電圧測定回
路７により検出される測定点Ａの電圧値が、Ａ／Ｄ変換
部１２を介してＣＰＵ１３に読み込まれる。このときの
電圧値をＶH（第１の電圧値）とする。

【００２５】次いで、ステップＳ６０にて、矩形波パル
ス信号の、「Ｌ」レベルとなる信号を出力する。そし
て、カウンタ１７にて計時される時間Ｔcが周期Ｔの直
前となると、ステップＳ７０でＹＥＳとなり、ステップ
Ｓ８０にて、電圧測定回路７により検出される測定点Ａ
の電圧値がＡ／Ｄ変換部１２を介してＣＰＵ１３に読み
込まれる。このときの電圧値をＶL（第２の電圧値）と
する。

【００２６】その後、ステップＳ９０にて、ＣＰＵ１３
では、前述の処理で測定された電圧値ＶHと、ＶLとの差
分（ＶH−ＶL）を演算する。この差分電圧をＶP-Pとす
る。

【００２７】ステップＳ１００では、差分電圧ＶP-Pと
第１のしきい値Ｖ１とを比較し、差分電圧ＶP-Pの方が
しきい値Ｖ１よりも大きい場合には、異常無し（即ち、
地絡していない）と判断して、ステップＳ１０からの処
理を繰り返す。

【００２８】他方、しきい値Ｖ１よりも小さい場合に
は、ステップＳ１１０にて、第２のしきい値Ｖ２（但
し、Ｖ２＜Ｖ１）と、差分電圧ＶP-Pとを比較する。Ｖ
２の方が小さい場合には、軽微な地絡、或いは車両容量
の増大のいずれかであると判断し、ステップＳ１３０に
て、インジケータ５に警告を表示する。

【００２９】また、Ｖ２の方が大きい場合には、重度の
地絡、或いは車両容量の増大のいずれかであると判断し
（即ち、これ以上車両の運転を継続することは良くない
と判断し）、ステップＳ１２０にて、モータ３の停止を
促す旨の表示を行う。

【００３０】こうして、測定点Ａの電圧値を検出し、こ
の検出結果に基づいて、地絡或いは車両容量の増大が発
生しているかどうかを判断し、インジケータ５にて警
告、或いは停止を促す旨の表示を行うことができるので
ある。

【００３１】次に、図３に示すタイミングチャートを参
照しながら、測定点Ａに発生する電圧波形について説明
する。

【００３２】図３（ａ）は、出力部１１より出力される
矩形波パルス信号（周期Ｔ）を示しており、図中Ｓ１，
Ｓ２，・・・はサンプリングのタイミングを示してい
る。図示のように、サンプリングのタイミングＳ１，Ｓ
２，・・・は、矩形波パルス信号の後縁（立ち下がり
点）のやや手前、及び前縁（立ち上がり点）のやや手前
に設定されている。即ち、サンプリングのタイミングＳ
１，Ｓ２，・・・は、Ｔ／２毎に設定されており、矩形
波パルス信号が「Ｈ」レベル、及び「Ｌ」レベルの時点
を交互にサンプリングしている。そして、タイミングＳ
１，Ｓ３，・・（奇数回目；第１の位相）にて、前述し
た電圧ＶHを測定し、タイミングＳ２，Ｓ４，・・（偶
数回目；第２の位相）にて、電圧ＶLを測定している。

【００３３】同図（ｂ）は、正常時、即ち、地絡が発生
していないときの、測定点Ａに発生する電圧波形を示し
ている。図示のように、測定点Ａにおける電圧波形は、
矩形波パルスの前縁、及び後縁にて若干滑らかに丸みを
おびているものの、タイミングＳ１で測定される電圧Ｖ
Hと、タイミングＳ２で測定される電圧ＶLとの差分ＶP-
P（＝ＶH−ＶL）は、大きい値となっている。従って、
前述したステップＳ１００でＮＯとなり（図２）、地絡
は検出されない。

【００３４】また、図３（ｃ）は地絡が発生している場
合の、測定点Ａに発生する電圧波形を示しており、地絡
が発生している場合には、直流電源１の絶縁抵抗が低下
するため、タイミングＳ１，Ｓ３，・・（奇数回目）で
測定される電圧値ＶHは低い値となる。従って、差分電
圧ＶP-P（＝ＶH−ＶL）は低い値となり、該電圧ＶP-Pが
第１のしきい値Ｖ１以下で、第２のしきい値Ｖ２よりも
大きい場合には、警報が出力され、第２のしきい値Ｖ２
よりも小さい場合には、車両の停止を促す旨の表示が行
われる。

【００３５】更に、図３（ｄ）は、車両の容量が増加し
た場合の、測定点Ａに発生する電圧波形を示しており、
この場合においても、地絡が発生したときと同様に、直
流電源１の絶縁抵抗が低下するため、電圧ＶHが低い値
となる。従って、警報、或いは停止を促す旨の表示がさ
れる。

【００３６】そして、車両の運転者は、この表示を見る
ことにより、適切な対応をとることができる。

【００３７】つまり、従来例では、測定点Ａに発生する
電圧の実効値を求め、該実効値に基づいて、地絡を検知
する方式であるので、図４（ａ）に示すように、アドミ
ッタンス検知特性が、車両容量（２πｆＣ）の影響を受
けて、地絡を検出する電圧実効値に影響を与えている
が、本実施形態では、同図（ｂ）に示すように、車両容
量の影響を受けない領域が存在するので、この領域内に
おいて、高精度な地絡検出を行うことができる。

【００３８】このようにして、本実施形態に係る地絡検
出装置１０では、カップリングコンデンサＣ１の一端側
（測定点Ａ）に矩形波パルス信号を印加し、該矩形波パ
ルス信号がＨレベルの時の測定電圧ＶH、及びＬレベル
のときの測定電圧ＶLを求め、これらの差分ＶP-Pに基づ
いて、地絡の発生或いは車両容量の増加を検出してい
る。従って、確実な地絡検出、或いは車両容量の増大の
検出が可能となる。

【００３９】また、図３（ｄ）に示すように、車両容量
が増加した場合には、パルス波形の前縁付近で大きく変
化し、後縁付近ではあまり変化しないことが理解され
る。従って、サンプリングのタイミングＳ１，Ｓ２，・
・・を、パルス波形の後縁付近となるように設定すれ
ば、車両容量の影響を低減することができる。しかし、
逆に、このことによって車両容量の変化が検出しにくく
なってしまう。そこで、車両容量による影響を除去しつ
つ、且つ、車両容量の変化を高精度に検出するために、
設計上の最大車両容量の９０％を越えると、差分電圧Ｖ
P-Pの値が小さくなるように出力部１１より出力する矩
形波パルス信号の周波数を設定することにより、より高
精度な地絡検出が可能となる。

【００４０】更に、図１に示したＲＯＭ１５に、予め電
圧振幅と絶縁抵抗との対応データを記憶しておき、測定
点Ａにて測定された電圧値を、この対応データに当ては
めることにより、絶縁抵抗を求め、これに基づいて、地
絡を検知するように構成することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る地絡検出装置を示す
構成図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る地絡検出装置の処理
手順を示すフローチャートである。

【図３】本発明の一実施形態に係る地絡検出装置の、測
定点Ａに発生する電圧信号を示すタイミングチャートで
ある。

【図４】絶縁アドミッタンスと、測定される電圧値との
関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１直流電源２インバータ３モータ４地絡検出回路５インジケータ（報知手段）６制御回路７電圧測定回路１０地絡検出装置１１出力部（発振回路）１２Ａ／Ｄ変換部１３ＣＰＵ１４ＲＡＭ１５ＲＯＭ１６タイマ１７カウンタＣ１カップリングコンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カップリングコンデンサの一端側に直流
電源のプラス端子を接続し、前記カップリングコンデン
サの他端側となる測定点に、矩形波パルス信号を印加
し、前記測定点に発生するの電圧信号を検出して、前記
直流電源の地絡を検出する車両用地絡検出装置におい
て、前記矩形波パルス信号が第１の位相となる時点で、前記
測定点にて測定される第１の電圧値と、前記矩形波パル
ス信号が前記第１の位相とは異なる第２の位相となる時
点で、前記測定点にて測定される第２の電圧値と、の差
分を求め、該差分電圧に基づいて、前記直流電源の地絡
を検出することを特徴とする車両用地絡検出装置。
【請求項２】カップリングコンデンサの一端側に直流
電源のプラス端子を接続し、前記カップリングコンデン
サの他端側となる測定点に、矩形波パルス信号を印加
し、前記測定点に発生するの電圧信号を検出して、前記
直流電源の地絡を検出する車両用地絡検出装置におい
て、前記測定点に矩形波パルス信号を出力する発振回路と、前記矩形波パルス信号が第１の位相となる時点で、前記
測定点にて測定される第１の電圧値と、前記矩形波パル
ス信号が前記第１の位相とは異なる第２の位相となる時
点で、前記測定点にて測定される第２の電圧値と、を測
定し、且つ、第１の電圧値と第２の電圧値との差分を求
める電圧測定手段と、前記電圧測定手段により測定された差分電圧に基づい
て、前記直流電源の地絡を検出する検出手段と、前記検出手段にて地絡が検出された際に、これを報知す
る報知手段と、を具備したことを特徴とする車両用地絡検出装置。
【請求項３】前記矩形波パルスは、デューティー比５
０％であり、前記第１の位相は、該矩形波パルスがＨレ
ベルの時点であり、前記第２の位相は、矩形波パルスが
Ｌレベルの時点あることを特徴とする請求項１または請
求項２のいずれかに記載の車両用地絡検出装置。
【請求項４】前記矩形波パルスは、車両が有する容量
が、容量最大値の９０％を越えたときに、前記第１の電
圧と第２の電圧との差分電圧が小さくなるように前記矩
形波パルス信号の周波数、及び前記第１の位相、第２の
位相を設定することを特徴とする請求項１または請求項
２のいずれかに記載の車両用地絡検出装置。
【請求項５】車両が有する容量に応じた周波数を有す
るパルス信号を前記測定点に出力し、当該測定点におけ
る電圧振幅を測定し、この測定された電圧振幅と、予め
設定した電圧振幅と絶縁抵抗との対応データに基づい
て、地絡を検出することを特徴とする車両用地絡検出装
置。