JP2004053365A

JP2004053365A - 地絡検出装置

Info

Publication number: JP2004053365A
Application number: JP2002210088A
Authority: JP
Inventors: Tomonaga Sugimoto; 杉本　智永; Yushi Nakada; 中田　祐志; Takeshi Morita; 森田　剛
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: JP3956790B2

Abstract

【課題】車体と電源との地絡を誤検知なく正確に検出する。
【解決手段】車体Ｂと組電池４との間の静電容量を所定のしきい値と比較することで、車体Ｂと組電池４との地絡を検出するに際して、車両の静電容量をバッテリコントローラ９により推定し、推定した車両の静電容量に基づいて、しきい値を設定する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧電源を備えた電気自動車の車体と高電圧電源との地絡を検出する地絡検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば電気自動車に設けられた高電圧電源と車体との地絡を検出する技術としては、特開平８−７０５０３号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
この従来の電気自動車の地絡検出回路では、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比が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て、高電圧電源と車体との地絡を検出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の地絡検出回路では、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、車体自身が有する静電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。すなわち、地絡を検出するためのインピーダンス成分と、車両の静電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、地絡していないにも拘わらず、地絡を検出する誤検知をしてしまう可能性があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、誤検知なく正確に地絡を検出することができる地絡検出装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、車両の静電容量を推定し、この静電容量に基づいて、しきい値を設定し、このしきい値と、車体と電源との静電容量とを比較し、地絡の発生を検出する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明では、車両の静電容量に基づいて、地絡検出のしきい値を設定するようにしたので、車両（車体）自体が有する静電容量の影響を受けずに地絡の検出を行えるので、誤検知することなく正確に地絡を検出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
本発明は、例えば図１に示すように構成された電気自動車に適用される。
【００１０】
［電気自動車の構成］
本実施の形態の電気自動車（以下、車両ともいう）は、組電池４から放電される直流電力がインバータ１で３相交流電力へと変換され、モータ２へと供給されることで、モータ２が駆動する。このモータ２の駆動力は、減速機５、ドライブシャフト６を介してタイヤ７へと伝達されて、車両が駆動する。
【００１１】
また、車両が減速時にモータ２が発生する回生電力が、インバータ１を介して、組電池４へと供給されることで、組電池４が充電される。
【００１２】
また組電池４の電力は、車両の補機として搭載されているエアコン用ファンモータ８へも供給され、この電力によってエアコン用ファンモータ８が回転駆動する。
【００１３】
このエアコン用ファンモータ８には、エアコン用ファンモータ８を流れる電流を検出する電流センサ１４が設けられており、この電流センサ１４によって検出された電流値は、後述するバッテリコントローラ９へと出力される。
【００１４】
上述のインバータ１及びモータ２は、図示しないアクセルペダルやブレーキペダルの操作に基づいて、要求する駆動力をモータ２が発生するように、車両コントローラ３によって制御される。
【００１５】
車両コントローラ３は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３や図示しない入出力インターフェースなどの周辺部品を備えており、各種演算を行う。車両コントローラ３は、インジケータ１０に接続され、各種情報をインジケータ１０によって報知すると共に、バッテリコントローラ９と接続され、バッテリコントローラ９と間で各種情報を通信する。
【００１６】
１１は外気温度を検出する外気温センサであり、１２は車両の右ドアに設けられ、車体温度を検出する車体温度センサ、１３はエアコン用ファンモータ８の温度を検出する補機温度センサであり、これら外気温センサ１１による外気温、車体温度センサ１２による車体温度、補機温度センサ１３によるエアコン用ファンモータ８の温度は、バッテリコントローラ９へと出力される。
【００１７】
また１５はエアコンの動作をオンオフする補機動作スイッチであり、１６はエアコンの温度を設定する温度設定スイッチであり、これらの補機動作スイッチによるオンオフ信号１５および温度設定スイッチ１６により設定された温度は、バッテリコントローラ９へと出力される。
【００１８】
バッテリコントローラ９は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、タイマー３４や図示しない入出力インターフェースなどの周辺部品を備えており、各種入力情報に基づいて、後述の異常検出処理を行う。
【００１９】
１７は地絡検知回路であって、組電池４のプラス母線には絶縁抵抗Ｒｉの一端が接続され、この絶縁抵抗Ｒｉによって組電池４と車体Ｂとが絶縁されている。また車体Ｂが有する静電容量を、車体静電容量Ｃｉとして示す。
【００２０】
絶縁抵抗Ｒｉの一端には、コンデンサＣの一端が接続され、このコンデンサＣの他端には抵抗Ｒ１、バッファ４１が直列に接続され、バッファ４１はバッテリコントローラ９の出力端子ＯＵＴおよび入力端子ＩＮ１へと接続される。またコンデンサＣの他端には、抵抗Ｒ２を介して、バッファ４２が接続され、バッファ４２はバッテリコントローラ９の入力端子ＩＮ２へと接続される。
【００２１】
地絡検知回路１７は、バッテリコントローラ９の出力端子ＯＵＴから出力される矩形波パルスを、バッテリコントローラ９の入力端子ＩＮ１で取り込むと共に、バッファ４１を介して抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣへと印加したうえで、バッファ４２を介して入力端子ＩＮ２へと取り込む。
【００２２】
［電気自動車の異常検出処理］
つぎに、上述した電気自動車における異常検出処理について図２〜図４のフローチャートを参照して説明する。
【００２３】
なお、このフローチャートに基づく制御プログラムは、バッテリコントローラ９によって行われる。
【００２４】
この異常検出処理では、先ず、ステップＳ１において、図示しないイグニッションスイッチ（以下、ＩＧＮスイッチと記す）の状態を検出し、ＩＧＮスイッチがオン状態であるか否かの判定をし、ＩＧＮスイッチがオン状態である場合にステップＳ２に処理を進める。
【００２５】
ステップＳ２〜ステップＳ４においては、車体温度、外気温及び補機温度により車体静電容量Ｃｉを推定するために、車体温度センサ１２からのセンサ信号を読み込みんで車体温度を検出し（ステップＳ２）、外気温センサ１１からのセンサ信号を読み込んで外気温を検出し（ステップＳ３）、更に、補機温度センサ１５からのセンサ信号を読み込んで補機温度を検出して（ステップＳ４）、ステップＳ５に処理を進める。
【００２６】
ステップＳ５においては、図５の車体温度に応じた車体静電容量Ｃｉの変化を記述したマップデータを参照して、ステップＳ２にて検出した車体温度に対する車体静電容量Ｃｉを算出して、ステップＳ６に処理を進める。図５に示すマップデータは、電気自動車の設計時に予め実験などにより車体温度に対する車体静電容量Ｃｉの変化を求めておいてＲＯＭ３２に格納されている。
【００２７】
ステップＳ６においては、図６の補機温度に応じた補正係数を記述した補正テーブルデータを参照して、ステップＳ４にて検出した補機温度に対する補正係数を算出する。図６に示す補正テーブルデータは、図７に示すような補機温度に応じた車体静電容量Ｃｉの変化から、ステップＳ５にて算出した車体静電容量Ｃｉを補正する補正係数を補機温度ごとに設定しておき、ＲＯＭ３２に格納されている。そして、算出した補正係数をステップＳ５にて検出した車体静電容量Ｃｉに乗じる補正することで、補機温度に応じた補正をしてステップＳ７に処理を進める。
【００２８】
ステップＳ７においては、補機動作スイッチ１５の状態を検出して、補機動作スイッチ１５がオン状態であるか否かを判定し、補機動作スイッチ１５がオン状態でないと判定した場合には補機（エアコン用ファンモータ８）の状態に応じた車体静電容量Ｃｉの補正をせずにステップＳ１１に処理を進め、補機動作スイッチ１５がオン状態であると判定した場合にはステップＳ８に処理を進める。
【００２９】
ステップＳ８においては、温度設定スイッチ１６により設定されている設定温度を検出して、ステップＳ９に処理を進める。
【００３０】
ステップＳ９においては、ステップＳ３にて検出した外気温とステップＳ８にて検出した設定温度との温度差を算出してステップＳ１０に処理を進める。
【００３１】
ステップＳ１０においては、図８の温度差に応じた補正係数を記述した補正テーブルデータを参照して、ステップＳ９にて算出した補機差に対する補正係数を算出する。図８に示す補正テーブルデータは、図９に示すような温度差に応じた車体静電容量Ｃｉの変化から、ステップＳ６にて補正した車体静電容量Ｃｉを補正する補正係数を温度差ごとに設定しておき、ＲＯＭ３２に格納されている。そして、算出した補正係数をステップＳ６にて補正した車体静電容量Ｃｉに乗じる補正することで、補機状況に応じた補正をしてステップＳ１１に処理を進める。
【００３２】
ステップＳ１１においては、電流センサ１４からセンサ信号を読み込み、エアコン用ファンモータ８に流れている電流値を検出してステップＳ１２に処理を進める。
【００３３】
ステップＳ１２においては、ステップＳ１０又はステップＳ６にて算出した車体静電容量Ｃｉを図１０に示す補正テーブルデータを参照して、車体静電容量Ｃｉに応じた出力周波数を設定してステップＳ１３に処理を進める。
【００３４】
ステップＳ１３においては、ステップＳ１２にて設定された周波数の矩形波パルスを生成して出力端子ＯＵＴから出力し、この出力タイミングと同時にタイマ３４による計時を開始させて、ステップＳ１４に処理を進める。
【００３５】
ステップＳ１４においては、ステップＳ１３にて出力した矩形波パルスが入力端子ＩＮ２によって入力された矩形波パルスの立ち上がり時間をタイマ３４にて計測してステップＳ１５に処理を進める。
【００３６】
ステップＳ１５においては、図１１に示す出力周波数に対する立ち上がり時間の許容範囲を記述した補正テーブルデータを参照して、ステップＳ１４にて計測した矩形波パルスの立ち上がり時間が許容範囲内であるか否かを判定する。立ち上がり時間が許容範囲であると判定した場合にはステップＳ１６に処理を進め、立ち上がり時間が許容範囲でないと判定した場合にはステップＳ１７に処理を進める。
【００３７】
ステップＳ１６及びステップＳ１７においては、ステップＳ１４にて入力した矩形波パルスの振幅を検出し、図３のステップＳ１８及び図４のステップＳ１９にそれぞれ処理を進める。
【００３８】
ステップＳ１８及びステップＳ１９においては、ステップＳ１６にて検出した矩形波パルスの振幅が予め設定したしきい値以下であるか否かを判定する。このしきい値は、図１２に示すような車体静電容量Ｃｉに対する判定しきい値の変化を記述した補正テーブルデータがバッテリコントローラ９により参照され、ステップＳ６又はステップＳ１０にて算出した車体静電容量Ｃｉに応じた値が設定される。
【００３９】
ステップＳ１８及びステップＳ１９において矩形波パルスの振幅がしきい値以下であると判定した場合にはステップＳ２０及びステップＳ２１にそれぞれに処理を進め、組電池４と車体Ｂとの地絡が発生していると判定してステップＳ２２及びステップＳ２３にそれぞれ処理を進め、地絡が発生している旨を車両コントローラ３に通知する。そして、車両コントローラ３では、組電池４と車体Ｂとの地絡が発生していることを操作者に通知するようにインジケータ１０を駆動して処理を終了する。
【００４０】
ステップＳ１８において矩形波パルスの振幅がしきい値以下でないと判定した場合にはステップＳ２４に処理を進め、電流センサ１４からのセンサ信号を読み込み、エアコン用ファンモータ８に流れている電流値を検出する。そして、今回に検出した電流値とステップＳ１１にて検出した電流値とを比較して、ステップＳ１１時点での電流値から今回の電流値が変化しているか否かを判定することで、エアコン用ファンモータ８の動作状態が変化しているか否かを判定する。補機の動作状態が変化していると判定した場合にはステップＳ１に処理を戻して上述の処理を繰り返し、補機の動作状態が変化していないと判定した場合にはステップＳ２５に処理を進める。
【００４１】
ステップＳ２５においては、ステップＳ１３にて計時を開始させたタイマ３４の計時時間が一定時間を経過したか否かを判定し、一定時間経過したと判定した場合にはステップＳ１に処理を戻し、一定時間経過していないと判定した場合にはステップＳ１６に処理を戻して更にステップＳ１６以降の処理を繰り返す。
【００４２】
また、図４のステップＳ１９にて矩形波パルスの振幅がしきい値以下でないと判定した場合にはステップＳ２６に処理を進め、車体静電容量Ｃｉが異常値であると判定し、その旨を車両コントローラ３に通知する。そして、車両コントローラ３では、車体静電容量Ｃｉが異常値であることを操作者に通知するようにインジケータ１０を駆動して処理を終了する。
【００４３】
なお、上述した一例では、先ず車体温度に応じた車体静電容量Ｃｉを求め、補機温度及び補機状況に応じて車体静電容量Ｃｉを補正する場合について説明したが、これに限らず、補機温度や補機状況に応じて車体静電容量Ｃｉを求めた後に、例えば図１３に示すような車体温度に応じた補正係数を求めて車体静電容量Ｃｉを補正しても良い。
【００４４】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電気自動車によれば、補機の動作により車体静電容量Ｃｉが上昇して組電池４の車体Ｂに対する絶縁抵抗Ｒｉが低下するという影響を受ける場合であっても、矩形波パルスの振幅を検出して車体静電容量Ｃｉに対するしきい値を変更し、このしきい値を用いて地絡を検出するので、補機の動作状態により車両自身の静電容量に影響して、絶縁抵抗の値が変化する場合であっても、正確に地絡を検出することができる。
【００４５】
また、この電気自動車によれば、車両内の補機（エアコン用ファンモータ８）の状態を検出し、一定期間ごと、又はエアコン用ファンモータ８の動作状態が変化した場合に、ステップＳ１に処理を戻して車体Ｂとプラス母線４Ａとの間の静電容量を検出するようにしたので、車体静電容量Ｃｉが補機のオン／オフや駆動量等の動作状態に応じて変化する場合であっても、正確に地絡を検出することができる。
【００４６】
更に、この電気自動車によれば、車体温度や補機温度に基づいて車体静電容量Ｃｉを求めて地絡検出回路１７に出力する矩形波パルスの周波数を変化させ、絶縁抵抗Ｒｉの低下を検出することができ、車体温度や補機温度が変化した場合であっても正確に地絡を検出することができる。
【００４７】
更にまた、この電気自動車によれば、車体静電容量Ｃｉが所定の範囲外となった場合には車体静電容量の異常と判定するので、絶縁抵抗Ｒｉの低下と区別して操作者に通知することができる。
【００４８】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００４９】
以下に、上述の発明の実施の形態と、特許請求の範囲との対応関係について述べる。
【００５０】
バッテリコントローラ９、外気温センサ１１、車体温度センサ１２、補機温度センサ１３、補機動作スイッチ１５、温度設定スイッチ１６及び図２のステップＳ２〜ステップＳ１０が静電容量推定手段を、バッテリコントローラ９、地絡検出回路１７及び図２のステップＳ２〜ステップＳ１０、図３、図４のステップＳ１８〜ステップＳ２１が地絡検出手段を、バッテリコントローラ９及び図３、図４のステップＳ１８、ステップＳ１９がしきい値設定手段を構成する。またバッテリコントローラ９、図２のステップＳ６、ステップＳ１０、ステップＳ１２が周波数設定手段を構成する。またバッテリコントローラ９、図４のステップＳ２６が、異常判断手段を構成する。またバッテリコントローラ９、図３のステップＳ２４が補機状態検出手段を構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電気自動車の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した電気自動車による異常検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明を適用した電気自動車による異常検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明を適用した電気自動車による異常検出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】車体温度に応じた車体静電容量の変化を示す図である。
【図６】補機温度に対する補正係数の補正テーブルデータを示す図である。
【図７】補機温度に対する車体静電容量の変化を示す図である。
【図８】外気温とエアコンの設定温度との温度差に対する補正係数の補正テーブルデータを示す図である。
【図９】外気温とエアコンの設定温度との温度差に対する車体静電容量の変化を示す図である。
【図１０】車体静電容量に対する矩形波パルスの周波数の補正テーブルデータを示す図である。
【図１１】矩形波パルスの周波数に対する矩形波パルスの立ち上がり時間の補正テーブルデータを示す図である。
【図１２】車体静電容量に対する判定しきい値の変化を示す図である。
【図１３】車体温度に対する補正係数の補正テーブルデータを示す図である。
【符号の説明】
１　インバータ
２　モータ
３　車両コントローラ
４　組電池
５　減速機
６　ドライブシャフト
７　タイヤ
８　エアコン用ファンモータ
９　バッテリコントローラ
１０　インジケータ
１１　外気温センサ
１２　車体温度センサ
１３　補機温度センサ
１４　電流センサ
１５　補機動作スイッチ
１６　温度設定スイッチ
１７　地絡検出回路
２１　ＣＰＵ
２２　ＲＯＭ
２３　ＲＡＭ
３１　ＣＰＵ
３２　ＲＯＭ
３３　ＲＡＭ
３４　タイマ
４１　バッファ
４２　バッファ

Claims

車体と電源との間の静電容量を所定のしきい値と比較することで、車体と電源との地絡を検出する地絡検出手段と、
車両の静電容量を推定する静電容量推定手段と、
上記静電容量推定手段により推定された車両の静電容量に基づいて、上記しきい値を設定するしきい値設定手段と
を備えることを特徴とする地絡検出装置。
上記しきい値設定手段は、上記静電容量推定手段により推定された車両の静電容量に基づいて、周波数を設定する周波数設定手段を有し、
上記周波数設定手段で設定された周波数の交流信号を、上記地絡検出手段へと出力した結果における交流信号の入力に基づいて、しきい値が設定されることを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
上記静電容量推定手段は、少なくとも車体の温度と車両に搭載された補機の温度とに基づいて、車両の静電容量を推定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の地絡検出装置。
車体と電源との静電容量とが所定の範囲を超える場合には、異常と判断する異常判断手段を有することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の地絡検出装置。
車両に搭載された補機の運転状態を検出する補機状態検出手段を備え、
上記地絡検出手段は、上記補機状態検出手段により補機の運転状態が変化した場合に、車体と電源との地絡を検出することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の地絡検出装置。
上記地絡検出手段による地絡の検出は、一定期間ごとに行われることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の地絡検出装置。