JP2004104923A - Method and apparatus for detecting insulation resistance - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車(PEV)、ハイブリッド車両(HEV)等の電動車両に塔載される高電圧バッテリである組電池からの直流電力をリレーを介してインバータにより交流電力に変換してモータに供給して走行する電動車両の絶縁抵抗を検出する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、電気自動車(PEV)や、エンジンとモータを備えたいわゆるハイブリッド車両(HEV)等において、モータを駆動する際の主電源として、その高いエネルギー密度(すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる)と高い出力密度の点から、ニッケル−水素(Ni−MH)二次電池が主に使用されている。かかるPEVやHEVには、モータに対して十分な出力を供給できるように、単電池を複数個組み合わせて1つの組電池とし、その組電池が高電圧バッテリとして塔載されている。
【0003】
このようなHEV等は、高電圧バッテリを駆動源としてモータを駆動制御するための高電圧回路と、低電圧バッテリを駆動源として音響機器などの電子機器を駆動するための低電圧回路とを有している。また、高電圧回路には、モータ駆動用のインバータが含まれる。
【0004】
HEV等の電動車両では、人体に対する安全性を確保するため、高電圧回路と車両のシャーシとの間の絶縁抵抗の値が十分大きいかを検出し、漏電により絶縁抵抗の値が低下した場合、ドライバー等に警告する、もしくは高電圧バッテリからの電力を遮断する。
【0005】
図4は、従来の電動車両の部分構成を示す機能ブロック図である。図4において、電動車両100は、モータなどの高電圧負荷11を駆動制御する高電圧回路10と、各種電子機器などの低電圧負荷21を駆動する低電圧回路20と、高電圧回路10とシャーシとの間の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出装置300とを有している。
【0006】
高電圧回路10には、高電圧バッテリ12と、高電圧バッテリ12からの電力を高電圧負荷11側に対して導通または遮断する第2のスイッチ部13と、高電圧負荷11を駆動制御するインバータ14と、インバータ14の高電位入力端子とシャーシとの間に接続された抵抗15と、インバータ14の低電位入力端子とシャーシとの間に接続された抵抗16とが含まれる。
【0007】
高電圧バッテリ12は、直列に接続された複数の二次電池(例えば、Ni−MH二次電池)121で構成されており、電動車両100を走行させる駆動源としてのモータを回転駆動させるのに必要な高電圧(例えば、288V)を出力可能としている。第2のスイッチ部13は、リレーなどで構成されており、モータなどの高電圧負荷11を駆動させるのに必要な所定以上の電流容量を有している。インバータ14は、モータ(例えば、3相交流モータ)を回転駆動させるべく、高電圧バッテリ12からの直流電流を交流電流に変換する機能を有し、その入力部には動作を安定化するために、大容量の平滑用コンデンサ141が設けられている。抵抗15(抵抗値R1)と抵抗16(抵抗値R2)は、インバータ14の平滑用コンデンサ141へのプリチャージ終了を充電電圧に基づいて判定するため、大きな抵抗値を有する(なお、充電電圧の検出回路は図示していない)。
【0008】
低電圧回路20には、低電圧バッテリ22と、低電圧負荷21との間の接続制御を可能とする第1のスイッチ部23とが含まれる。
【0009】
低電圧バッテリ22は、直列に接続された複数の二次電池221で構成されており、イルミネーション表示部211や、電子機器としての音響機器212(例えば、ラジオやステレオ)などの低電圧負荷21を駆動させるのに必要な低電圧(例えば、12V)を出力可能としている。第1のスイッチ部23は、イグニッションキースイッチであり、車両全体の電気系統をオン/オフ制御する。第1のスイッチ部23は、第2のスイッチ部13に連動しており、第1のスイッチ部23のオン操作で第2のスイッチ部13もオン動作し、第1のスイッチ部23のオフ操作で第2のスイッチ部13もオフ動作するようになっている。
【0010】
絶縁抵抗検出装置300には、所定周波数(例えば、1Hz)の正弦波または方形波信号を出力する信号発生器31と、信号発生器31からの信号を所定レベルにまで増幅する増幅器32と、高電圧回路10とシャーシとの間の絶縁抵抗(不図示)に応じて、増幅器32からの信号を減衰させるための抵抗33と、抵抗33の一端と高電圧バッテリ12の総マイナス端子との間に接続された結合コンデンサ34と、増幅器32から抵抗33を介した信号の高周波成分を除去する低域通過フィルタ(LPF)35と、LPF35からの信号を所定レベルにまで増幅する増幅器36と、増幅器36からの信号を1周期間隔(例えば、信号周波数を1Hzとした場合、1sec)でデータ更新し、ディジタル信号に変換するA/Dコンバータ37と、A/Dコンバータ37からのディジタル信号を受けるマイクロコンピュータ(μCOM)38とが含まれる。μCOM38には、A/Dコンバータ37からのディジタル信号を所定の閾値と比較して絶縁抵抗の低下有り無しを判定する絶縁抵抗検出部381’が含まれる。
【0011】
また、40は、第1のスイッチ部23のオン操作信号を受けて、絶縁抵抗検出部381’からの検出終了信号が絶縁抵抗の低下無しを示す場合、第2のスイッチ部13をオン状態にし、絶縁抵抗検出部381’からの検出終了信号が絶縁抵抗の低下有りを示す場合、第2のスイッチ部13をオフ状態にするスイッチ制御部である。
【0012】
絶縁抵抗検出部381’は、まず車両起動時に、スイッチ制御部40を介して第2のスイッチ部13をオフ状態のままにし、A/Dコンバータ37からのディジタル信号を所定の閾値と比較し、高電圧バッテリ12とシャーシとの間の絶縁抵抗が所定値(例えば、100kΩ)以下になり、ディジタル信号が低下して閾値以下となった場合に絶縁抵抗の低下を検出し、その検出信号を、スイッチ制御部40に出力するとともに、イルミネーション表示部211に出力し、その表示ランプを点灯させる。
【0013】
スイッチ制御部40は、第1のスイッチ部23のオン操作信号を受けて、絶縁抵抗検出部381’からの検出信号が絶縁抵抗の低下無しを示す場合、第2のスイッチ部13をオン状態にし、絶縁抵抗検出部381’からの検出信号が絶縁抵抗の低下有りを示す場合、第2のスイッチ部13をオフ状態のままにする。
【0014】
車両起動時に、高電圧バッテリ12とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常であった場合、第2のスイッチ部13がオン状態となり、高電圧バッテリ12からの直流電力がインバータ14により交流電力に変換され、モータに供給されて電動車両100が走行できる状態になる。車両走行時にも、絶縁抵抗検出部381’は、第2のスイッチ部13からインバータ14までの経路とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下していないかを判定する。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
車両起動時に、第2のスイッチ部13をオフ状態にして、高電圧バッテリ12とシャーシとの間の絶縁抵抗の低下がなく、正常であると判定した場合でも、第2のスイッチ部13からインバータ14までの経路とシャーシとの絶縁抵抗が低下している場合がある。
【0016】
この場合、第2のスイッチ部13をオン状態にした瞬間、結合コンデンサ34に充放電電流が流れ、A/Dコンバータ37への入力信号のレベルがA/D変換範囲を超えてしまい、信号レベルがゼロであるとみなされて、絶縁抵抗異常と誤判定されることになる。この問題について、図5A、図5Bおよび図5Cを用いて以下で説明する。
【0017】
図5A、図5B、および図5Cは、それぞれ、インバータ14の入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常である場合、インバータ14の高電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下している場合、およびインバータ14の低電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下している場合における、A/Dコンバータ37への入力信号の波形図である。
【0018】
インバータ14の高電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が異常ではないまでもある程度低下している場合、抵抗15(抵抗値R1)と低下した絶縁抵抗(RL)とが並列に接続され、その合成抵抗値R1//RLが抵抗16の抵抗値R2よりも小さくなる。
【0019】
そのため、第2のスイッチ部13をオン状態にした瞬間、結合コンデンサ34にかかる電圧VCが高電圧バッテリ12の電圧VBの1/2に等しかった平衡状態(図5A)から、結合コンデンサ34にかかる電圧VCが高電圧バッテリ12の電圧VBに等しいという状態になり、抵抗33から結合コンデンサ34、抵抗16を介してシャーシへと結合コンデンサ34を充電する電流が瞬間的に流れ、図5Bに示すように、A/Dコンバータ37への入力信号のバイアスレベルがA/D変換範囲(VT−VB)を大きく下回ってしまう。
【0020】
これにより、結合コンデンサ34への充電がほぼ飽和状態になり、その結果、信号のバイアスレベルがA/Dコンバータ37の変換範囲の中間値(VM)付近に達するまでに、長い時間を要することになる。この結果、絶縁抵抗が異常と判定される程度(例えば、100kΩ)まで低下しているものとして誤検出される可能性がある。
【0021】
一方、インバータ14の低電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が異常ではないまでもある程度低下している場合、抵抗16(抵抗値R2)と低下した絶縁抵抗(RL)とが並列に接続され、その合成抵抗値R2//RLが抵抗15の抵抗値R1よりも小さくなる。
【0022】
そのため、第2のスイッチ部13をオン状態にした瞬間、結合コンデンサ34にかかる電圧VCが高電圧バッテリ12の電圧VBの1/2に等しかった平衡状態(図5A)から、結合コンデンサ34にかかる電圧VCがゼロという状態になり、シャーシから抵抗15、結合コンデンサ34を介して抵抗33へと結合コンデンサ34を放電する電流が瞬間的に流れ、図5Cに示すように、A/Dコンバータ37への入力信号のバイアスレベルがA/D変換範囲(VT−VB)を大きく上回ってしまう。
【0023】
この場合も、結合コンデンサ34への放電がほぼ飽和状態になり、その結果、信号のバイアスレベルがA/Dコンバータ37の変換範囲の中間値(VM)付近に達するまでに、長い時間を要することになる。この結果、絶縁抵抗が異常と判定される程度(例えば、100kΩ)まで低下しているものとして誤検出される可能性がある。
【0024】
上記のような誤検出を回避するためには、検出確定時間を長く設定すればよいが、その場合、人体に対する安全性の点からは好ましい対策ではない。
【0025】
また、上記従来例では、A/Dコンバータ37により、増幅器36からの信号を1周期間隔でサンプリングして、絶縁抵抗の低下を判定しているため、判定に要する時間がそれだけ長くなる。
【0026】
上記の問題に加えて、車両走行時に、高電圧バッテリ12に対する充放電が行われ、高電圧バッテリ12の電圧VBが変動するため、結合コンデンサ34を充放電する電流が抵抗33を流れることにより、絶縁抵抗検出部381’による検出精度が悪くなるという問題もある。この問題について、図6A、図6Bおよび図6Cを用いて以下で説明する。
【0027】
図6A、図6Bおよび図6Cは、それぞれ、高電圧バッテリ12の電圧変動がない場合、充電により高電圧バッテリ12の電圧が上昇した場合、および放電により高電圧バッテリ12の電圧が低下した場合における、A/Dコンバータ37への入力信号の波形図である。
【0028】
車両制動時に高電圧バッテリ12への充電が行われると、電圧VBがシャーシの接地電位を中間値として増加し、その増加した電圧分により、抵抗33を介して結合コンデンサ34に充電電流が流れる。充電電流が抵抗33を流れることにより、図6Bに示すように、そのオフセット電圧(抵抗33の抵抗値×充電電流の値)分だけA/Dコンバータ37への入力信号のバイアスレベルが図6Aの状態から下がり、絶縁抵抗を正確に検出することが困難になる。
【0029】
一方、車両加速時や登坂時等に高電圧バッテリ12から放電が行われると、電圧VBがシャーシの接地電位を中間値として減少し、その減少した電圧分により、結合コンデンサ34から抵抗33を介して放電電流が流れる。放電電流が抵抗33を流れることにより、図6Cに示すように、そのオフセット電圧(抵抗33の抵抗値×充電電流の値)分だけA/Dコンバータ37への入力信号のバイアスレベルが図6Aの状態から上がり、やはり絶縁抵抗を正確に検出することが困難になる。
【0030】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両起動時に高電圧回路とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常であるか否かをできる限り短い時間で検出し、かつ車両走行中に高電圧バッテリの電圧変動の影響を受けず、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出することが可能な絶縁抵抗検出方法および装置を提供することにある。
【0031】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る絶縁抵抗検出方法は、例えばニッケル−水素二次電池を複数個組み合わせて成る組電池(高電圧バッテリ)からの直流電力を、リレー(第2のスイッチ部)を介してインバータにより交流電力に変換してモータに供給する高電圧回路を有する電動車両に適用され、所定周波数(例えば、1Hz)の信号を発生する信号発生器と、信号発生器の出力端子に一端が接続され、高電圧回路(組電池からリレーまでの経路、リレーからインバータまでの経路)とシャーシとの間の絶縁抵抗と協働して、信号発生器の出力信号を減衰させるための抵抗性素子と、抵抗性素子の他端と組電池からリレーまでの経路とを容量結合する容量性素子とを用いて、絶縁抵抗を検出する方法であって、抵抗性素子を介した信号の振幅レベルを半周期(T/2)毎に算出するステップと、ある時点tiで算出した第1の振幅レベルV(i)とその半周期後の時点ti+T/2で算出した第2の振幅レベルV(i+1)とを比較するステップと、比較ステップの結果、第2の振幅レベルV(i+1)が第1の振幅レベルV(i)よりも所定値Vtだけ低下した場合に、絶縁抵抗の低下を検出するステップとを含むことを特徴とする。
【0032】
この絶縁抵抗検出方法によれば、車両起動時に、リレーをオン状態にした際に、リレーからインバータまでの経路とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常か異常であるかをできる限り短い時間で判定することができる。
【0033】
本発明に係る絶縁抵抗検出方法において、容量性素子は、抵抗性素子の他端と組電池の一方の端子との間に接続された第1の容量性素子と、抵抗性素子の他端と組電池の他方の端子との間に接続され、第1の容量性素子と同じ容量値を有する第2の容量性素子とからなることが好ましい。
【0034】
これにより、車両走行中に、高電圧バッテリの電圧が変動しても、抵抗性素子に流れる充放電電流を小さくして、抵抗性素子によるオフセット電圧を補償することで、検出対象の信号のバイアスレベルを安定化することができるので、絶縁抵抗を正確に検出することが可能になる。
【0035】
前記の目的を達成するため、本発明に係る絶縁抵抗検出装置は、例えばニッケル−水素二次電池を複数個組み合わせて成る組電池(高電圧バッテリ)からの直流電力を、リレー(第2のスイッチ部)を介してインバータにより交流電力に変換してモータに供給する高電圧回路を有する電動車両における、高電圧回路(組電池からリレーまでの経路、リレーからインバータまでの経路)とシャーシとの間の絶縁抵抗を検出する装置であって、所定周波数(例えば、1Hz)の信号を発生する信号発生器と、信号発生器の出力端子に一端が接続され、絶縁抵抗と協働して信号発生器の出力信号を減衰させるための抵抗性素子と、抵抗性素子の他端と組電池の一方の端子との間に接続された第1の容量性素子と、抵抗性素子の他端と組電池の他方の端子との間に接続され、第1の容量性素子と同じ容量値を有する第2の容量性素子と、抵抗性素子を介した信号の振幅レベルに応じて、絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗検出部とを備えたことを特徴とする。
【0036】
この絶縁抵抗検出装置によれば、車両走行中に、高電圧バッテリの電圧が変動しても、抵抗性素子に流れる充放電電流を小さくして、抵抗性素子によるオフセット電圧を補償することで、検出対象の信号のバイアスレベルを安定化することができるので、絶縁抵抗を正確に検出することが可能になる。
【0037】
本発明に係る絶縁抵抗検出装置において、絶縁抵抗検出部は、抵抗性素子を介した信号の振幅レベルを半周期(T/2)毎に算出する手段(A/Dコンバータ、絶縁抵抗検出部)と、ある時点tiで算出した第1の振幅レベルV(i)とその半周期後の時点ti+T/2で算出した第2の振幅レベルV(i+1)とを比較し、比較の結果、第2の振幅レベルV(i+1)が第1の振幅レベルV(i)よりも所定値Vtだけ低下した場合に、絶縁抵抗の低下を検出する手段(絶縁抵抗検出部)とを備えることが好ましい。
【0038】
これにより、車両起動時に、リレーをオン状態にした際に、リレーからインバータまでの経路とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常か異常であるかをできる限り短い時間で判定することができる。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。
【0040】
図1は、本発明の一実施形態に係る絶縁抵抗検出装置30が適用される電動車両の部分構成を示す機能ブロック図である。なお、図1において、従来例を示す図4と同様の機能および構成を有する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0041】
本実施形態が従来例と異なるのは、絶縁抵抗検出装置30に、高電圧バッテリ12の総マイナス部に一端が接続され、抵抗33の他端に他端が接続された、従来と同様の第1の結合コンデンサ341(第1の容量性素子)に加えて、高電圧バッテリ12の総プラス部に一端が接続され、抵抗33の他端に他端が接続された第2の結合コンデンサ342(第2の容量性素子)を設けた点と、従来の絶縁抵抗検出部381’とは機能が異なる絶縁抵抗検出部381を設けた点にある。
【0042】
以下、このように構成された絶縁抵抗の検出装置の動作について、図2を用いて説明する。図2は、本実施形態における絶縁抵抗検出ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【0043】
図2において、イグニッションキースイッチである第1のスイッチ部23がオン操作されると(S201)、まず、第2のスイッチ部13をオフ状態にしたままで、高電圧バッテリ12側の絶縁抵抗が正常であるかどうかが確認される(S202)。なお、ステップS202での確認処理は、後述するステップS204、S205での処理と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【0044】
ステップS202において、高電圧バッテリ12側の絶縁抵抗が正常であると確認されると、μCOM38内の絶縁抵抗検出部381は、スイッチ制御部40を介して、第2のスイッチ部13をオン状態に制御させ(S203)、計時タイマーがスタートされて(S204)、第2のスイッチ部13からインバータ14の入力側までの経路における絶縁抵抗を検出する処理に移行する。
【0045】
信号発生器31からの所定周波数(例えば、1Hz)の信号は、抵抗33(抵抗性素子)、LPF35、増幅器36を介して、μCOM38内のA/Dコンバータ37に入力され、半周期(T/2、例えば、0.5sec)毎のピークレベルがサンプリングされる(S205)。このとき、ピークレベルが正常にサンプリングされているかを判断し(S206)、この判断の結果、ピークレベルがサンプリングできない場合(No)、計時タイマーのカウント値Countが所定値Ct以上であるか否かを判断する(S207)。ここで、ステップS207では、絶縁抵抗が異常と判断できるほど低下している場合に、増幅器36からの信号は、大幅にA/D変換範囲を超えており、結合コンデンサ341、342に対する充放電が飽和レベルに達するまでの時間が、安全性を考慮した規定時間内であるか否かを判断する。
【0046】
ステップS207での判断の結果、カウント値Countが所定値Ct以上である場合(Yes)、後述するステップS211、S212、S213の処理が行われる。一方、ステップS207での判断の結果、カウント値Countが所定値Ct未満である場合、ステップS206、S207を繰り返し、信号のピークレベルがA/D変換範囲に入るまで待つ。
【0047】
ステップS206の判断の結果、ピークレベルが正常にサンプリングされた場合(Yes)、絶縁抵抗検出部381において、ある時点tiにおいて、その時点tiの半周期前(すなわち、時点ti−T/2)の最大または最小ピークレベルと時点tiの最小または最大ピークレベルとの差分から振幅レベルV(i)(第1の振幅レベル)が算出され、続いて、時点tiから半周期後の時点ti+T/2において、その時点ti+T/2の半周期前(すなわち、時点ti)の最小または最大ピークレベルと時点ti+T/2の最大または最小ピークレベルとの差分から振幅レベルV(i+1)(第2の振幅レベル)が算出される(S208)。
【0048】
次に、絶縁抵抗検出部381において、第1の振幅レベルV(i)と第2の振幅レベルV(i+1)とが比較され、V(i)とV(i+1)との差分をとった絶対値が所定値Vth未満であるか否かが判断される(S209)。ステップS209での判断の結果、V(i)とV(i+1)との差分絶対値が所定値Vth以上である場合(No)、絶縁抵抗の値は正常であると判定され(S210)、このルーチンを抜ける。
【0049】
一方、ステップS209での判断の結果、V(i)とV(i+1)との差分絶対値が所定値Vth未満である場合、絶縁抵抗検出部381は、絶縁抵抗が異常であると判定し(S211)、スイッチ制御部40を介して、第2のスイッチ部13をオフ状態に制御させ(S212)、イルミネーション表示部211における異常表示ランプを点灯させる(S213)。
【0050】
上記のステップS210において、絶縁抵抗が正常であると判定されると、車両は走行可能な状態になる。
【0051】
次に、車両走行時に、高電圧バッテリ12に対する充放電による電圧変動があっても、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出できる原理について、図3Aおよび図3Bを用いて説明する。図3Aおよび図3Bは、それぞれ、車両走行中に充電により高電圧バッテリ12の電圧が増大した際の、従来例および本実施形態において結合コンデンサに流れる充電電流Icの経路を示す等価回路図である。
【0052】
まず、従来例では、図3Aに示すように、充電により高電圧バッテリ12の電圧が増大した際に、抵抗33(抵抗値R)を介して結合コンデンサ34に充電電流Icが流れる。そのため、オフセット電圧(R×Ic)が発生して、図6Bに示したように、A/Dコンバータ37への入力信号のバイアスレベル(DCレベル)が、A/D変換範囲の中間値VMから下がり、正確な絶縁抵抗を検出することができない。
【0053】
しかし、本実施形態では、図1に示すように、従来と同様の第1の結合コンデンサ341に加えて、高電圧バッテリ12の総プラス部に一端が接続され、抵抗33の他端に他端が接続された第2の結合コンデンサ342を設けている。このため、図3Bに示すように、抵抗R33には、充電電流Icは流れないので、オフセット電圧が発生することがない。よって、A/Dコンバータ37への入力信号のバイアスレベル(DCレベル)は、A/D変換範囲の中間値VMに設定されるので、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出することができる。
【0054】
なお、高電圧バッテリ12の電圧が増大する場合について例示および説明したが、放電により高電圧バッテリ12の電圧が減少する場合についても同様に、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出することができる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車両起動時に高電圧回路とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常であるか否かをできる限り短い時間で検出し、かつ車両走行中に高電圧バッテリの電圧変動の影響を受けず、絶縁抵抗を正確かつ安定に検出することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る絶縁抵抗検出装置が適用される電動車両の部分構成を示す機能ブロック図
【図2】本実施形態における絶縁抵抗検出ルーチンの処理手順を示すフローチャート
【図3A】車両走行中に充電により高電圧バッテリ12の電圧が増大した際の、従来例において結合コンデンサに流れる充電電流Icの経路を示す等価回路図
【図3B】車両走行中に充電により高電圧バッテリ12の電圧が増大した際の、本実施形態において結合コンデンサに流れる充電電流Icの経路を示す等価回路図
【図4】従来の絶縁抵抗検出装置が適用される電動車両の部分構成を示す機能ブロック図
【図5A】インバータ14の入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が正常である場合におけるA/Dコンバータ37への入力信号の波形図
【図5B】インバータ14の高電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下している場合におけるA/Dコンバータ37への入力信号の波形図
【図5C】インバータ14の低電位入力側とシャーシとの間の絶縁抵抗が低下している場合におけるA/Dコンバータ37への入力信号を波形図
【図6A】従来例において、高電圧バッテリ12の電圧変動がない場合におけるA/Dコンバータ37への入力信号の波形図
【図6B】従来例において、充電により高電圧バッテリ12の電圧が上昇した場合におけるA/Dコンバータ37への入力信号の波形図
【図6C】従来例において、放電により高電圧バッテリ12の電圧が低下した場合におけるA/Dコンバータ37への入力信号の波形図
【符号の説明】
1 電動車両
10 高電圧回路
11 高電圧負荷(モータ)
12 高電圧バッテリ(組電池)
121 二次電池
13 第2のスイッチ部
14 インバータ
141 平滑用コンデンサ
15、16 平滑用コンデンサ141の充電電圧検出用の抵抗
20 低電圧回路
21 低電圧負荷
211 イルミネーション表示部
212 音響機器
22 低電圧バッテリ
23 第1のスイッチ部
30 絶縁抵抗検出装置
31 信号発生器
32、36 増幅器
33 抵抗(抵抗性素子)
341 第1の結合コンデンサ(第1の容量性素子)
342 第2の結合コンデンサ(第2の容量性素子)
35 低域通過フィルタ(LPF)
37 A/Dコンバータ
38 マイクロコンピュータ(μCOM)
381 絶縁抵抗検出部
40 スイッチ制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention converts DC power from a battery pack, which is a high-voltage battery mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle (PEV) or a hybrid vehicle (HEV), into AC power by an inverter via a relay through a relay, and converts the DC power into a motor. The present invention relates to a technology for detecting an insulation resistance of an electric vehicle that travels while being supplied.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an electric vehicle (PEV), a so-called hybrid vehicle (HEV) having an engine and a motor, and the like, a high energy density (that is, energy can be stored compactly) as a main power source for driving the motor. In view of high power density, nickel-hydrogen (Ni-MH) secondary batteries are mainly used. In such PEVs and HEVs, a plurality of cells are combined into one assembled battery so that a sufficient output can be supplied to the motor, and the assembled battery is mounted as a high-voltage battery.
[0003]
Such an HEV or the like has a high-voltage circuit for driving and controlling a motor using a high-voltage battery as a driving source, and a low-voltage circuit for driving electronic devices such as audio equipment using a low-voltage battery as a driving source. are doing. Further, the high-voltage circuit includes an inverter for driving the motor.
[0004]
In an electric vehicle such as an HEV, in order to ensure safety to the human body, it is detected whether or not the value of the insulation resistance between the high-voltage circuit and the chassis of the vehicle is sufficiently large. Warn the driver or shut off the power from the high-voltage battery.
[0005]
FIG. 4 is a functional block diagram showing a partial configuration of a conventional electric vehicle. In FIG. 4, an
[0006]
The high-
[0007]
The high-
[0008]
The low-
[0009]
The low-
[0010]
The insulation
[0011]
Further, 40 receives the ON operation signal of the
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
If the insulation resistance between the high-
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
When the vehicle is started, the
[0016]
In this case, at the moment when the
[0017]
5A, 5B, and 5C show that the insulation resistance between the high potential input side of the
[0018]
If the insulation resistance between the high-potential input side of the
[0019]
Therefore, at the moment when the
[0020]
As a result, the charging of the
[0021]
On the other hand, when the insulation resistance between the low-potential input side of the
[0022]
Therefore, at the moment when the
[0023]
Also in this case, the discharge to the
[0024]
To avoid the erroneous detection as described above, the detection confirmation time may be set longer, but in that case, it is not a preferable measure from the viewpoint of safety for the human body.
[0025]
Further, in the above-described conventional example, since the signal from the
[0026]
In addition to the above-mentioned problems, during traveling of the vehicle, charging and discharging of the high-
[0027]
6A, 6B, and 6C show the case where the voltage of the
[0028]
When the high-
[0029]
On the other hand, when discharging from the high-
[0030]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to detect whether or not an insulation resistance between a high-voltage circuit and a chassis is normal at the time of starting a vehicle in a time as short as possible, It is another object of the present invention to provide an insulation resistance detection method and apparatus capable of detecting an insulation resistance accurately and stably without being affected by a voltage fluctuation of a high-voltage battery during running of a vehicle.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an insulation resistance detecting method according to the present invention provides a method for detecting a DC power from a battery pack (high-voltage battery) formed by combining a plurality of nickel-hydrogen secondary batteries. A signal generator that generates a signal of a predetermined frequency (for example, 1 Hz), which is applied to an electric vehicle having a high-voltage circuit that converts the power into AC power by an inverter via an inverter and supplies the power to the motor, and an output of the signal generator. One end is connected to the terminal to cooperate with the insulation resistance between the high-voltage circuit (path from the battery pack to the relay, path from the relay to the inverter) and the chassis to attenuate the output signal of the signal generator A method for detecting an insulation resistance using a resistive element of the type described above and a capacitive element for capacitively coupling the other end of the resistive element and a path from the battery pack to the relay, comprising the steps of: Calculating the amplitude level for each half cycle (T / 2), a first amplitude level V (i) calculated at a certain time point ti, and a second amplitude level calculated at a time point ti + T / 2 half a cycle after the first amplitude level V (i). Comparing the second amplitude level V (i + 1) with the level V (i + 1) by a predetermined value Vt below the first amplitude level V (i). Detecting a decrease.
[0032]
According to this insulation resistance detection method, when the vehicle is started, when the relay is turned on, it is determined in a short time as to whether the insulation resistance between the path from the relay to the inverter and the chassis is normal or abnormal. can do.
[0033]
In the insulation resistance detection method according to the present invention, the capacitive element includes a first capacitive element connected between the other end of the resistive element and one terminal of the battery pack, and the other end of the resistive element. It is preferable that a second capacitive element is connected between the other terminal of the battery pack and has the same capacitance as the first capacitive element.
[0034]
As a result, even when the voltage of the high-voltage battery fluctuates during running of the vehicle, the charge / discharge current flowing through the resistive element is reduced to compensate for the offset voltage due to the resistive element, thereby biasing the signal to be detected. Since the level can be stabilized, the insulation resistance can be accurately detected.
[0035]
In order to achieve the above object, an insulation resistance detecting device according to the present invention provides a relay (a second switch) using DC power from an assembled battery (high-voltage battery) formed by combining a plurality of nickel-hydrogen secondary batteries, for example. Section) between the high-voltage circuit (the path from the battery pack to the relay, the path from the relay to the inverter) and the chassis in an electric vehicle having a high-voltage circuit that is converted into AC power by the inverter via the inverter and supplied to the motor. A signal generator for generating a signal of a predetermined frequency (for example, 1 Hz), one end of which is connected to an output terminal of the signal generator, and cooperating with the insulation resistance. Resistive element for attenuating the output signal of the above, a first capacitive element connected between the other end of the resistive element and one terminal of the battery pack, the other end of the resistive element and the battery pack The other of A second capacitive element connected between the second capacitive element and the first capacitive element and having the same capacitance value as the first capacitive element; and an insulation for detecting a decrease in insulation resistance according to an amplitude level of a signal passing through the resistive element. And a resistance detector.
[0036]
According to this insulation resistance detection device, even when the voltage of the high-voltage battery fluctuates while the vehicle is running, the charge / discharge current flowing through the resistive element is reduced, and the offset voltage due to the resistive element is compensated for. Since the bias level of the signal to be detected can be stabilized, the insulation resistance can be accurately detected.
[0037]
In the insulation resistance detection device according to the present invention, the insulation resistance detection unit calculates an amplitude level of a signal passing through the resistive element for each half cycle (T / 2) (A / D converter, insulation resistance detection unit) Is compared with a first amplitude level V (i) calculated at a certain time point ti and a second amplitude level V (i + 1) calculated at a time point ti + T / 2 half a cycle later. When the amplitude level V (i + 1) is lower than the first amplitude level V (i) by a predetermined value Vt, it is preferable to include a means (insulation resistance detector) for detecting a decrease in insulation resistance.
[0038]
Thus, when the relay is turned on at the time of starting the vehicle, it is possible to determine in a short time as to whether the insulation resistance between the path from the relay to the inverter and the chassis is normal or abnormal.
[0039]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0040]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a partial configuration of an electric vehicle to which an insulation
[0041]
The present embodiment is different from the conventional example in that the insulation
[0042]
Hereinafter, the operation of the insulation resistance detecting device thus configured will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart illustrating a processing procedure of an insulation resistance detection routine according to the present embodiment.
[0043]
In FIG. 2, when the
[0044]
In step S202, when it is confirmed that the insulation resistance on the high-
[0045]
A signal of a predetermined frequency (for example, 1 Hz) from the
[0046]
If the result of the determination in step S207 is that the count value Count is equal to or greater than the predetermined value Ct (Yes), the processing of steps S211, S212, and S213 described below is performed. On the other hand, if the result of the determination in step S207 is that the count value Count is less than the predetermined value Ct, steps S206 and S207 are repeated, and the process waits until the signal peak level enters the A / D conversion range.
[0047]
As a result of the determination in step S206, when the peak level has been sampled normally (Yes), the insulation
[0048]
Next, in the insulation
[0049]
On the other hand, as a result of the determination in step S209, when the absolute value of the difference between V (i) and V (i + 1) is less than the predetermined value Vth, the insulation
[0050]
If it is determined in step S210 that the insulation resistance is normal, the vehicle is ready to run.
[0051]
Next, the principle that the insulation resistance can be accurately and stably detected even when there is a voltage fluctuation due to charging and discharging of the high-
[0052]
First, in the conventional example, as shown in FIG. 3A, when the voltage of the high-
[0053]
However, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, in addition to the
[0054]
Although the case where the voltage of the high-
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to detect whether or not the insulation resistance between the high-voltage circuit and the chassis is normal at the time of starting the vehicle in the shortest possible time, and In this case, the insulation resistance can be accurately and stably detected without being affected by the voltage fluctuation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a partial configuration of an electric vehicle to which an insulation resistance detection device according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of an insulation resistance detection routine in the embodiment. 3A is an equivalent circuit diagram showing the path of charging current Ic flowing through the coupling capacitor in the conventional example when the voltage of high-
1
12. High voltage battery (assembled battery)
121
341 first coupling capacitor (first capacitive element)
342 second coupling capacitor (second capacitive element)
35 Low Pass Filter (LPF)
37 A /
381
Claims (6)
前記抵抗性素子を介した信号の振幅レベルを半周期毎に算出するステップと、ある時点で算出した第1の振幅レベルとその半周期後の時点で算出した第2の振幅レベルとを比較するステップと、
前記比較ステップの結果、前記第2の振幅レベルが前記第1の振幅レベルよりも所定値だけ低下した場合に、前記絶縁抵抗の低下を検出するステップとを含むことを特徴とする絶縁抵抗検出方法。Applied to an electric vehicle having a high voltage circuit that converts DC power from a battery pack composed of a plurality of secondary batteries into AC power by an inverter via a relay and supplies the AC power to a motor, and generates a signal of a predetermined frequency. A signal generator having one end connected to an output terminal of the signal generator and cooperating with an insulation resistor between the high-voltage circuit and a chassis to attenuate the output signal of the signal generator. A method of detecting the insulation resistance using a capacitive element and a capacitive element that capacitively couples the other end of the resistive element and a path from the battery pack to the relay,
Calculating the amplitude level of the signal passing through the resistive element every half cycle, and comparing the first amplitude level calculated at a certain time point with the second amplitude level calculated at a time point after the half cycle. Steps and
Detecting a decrease in the insulation resistance when the second amplitude level is lower than the first amplitude level by a predetermined value as a result of the comparing step. .
前記抵抗性素子の他端と前記組電池の一方の端子との間に接続された第1の容量性素子と、
前記抵抗性素子の他端と前記組電池の他方の端子との間に接続され、前記第1の容量性素子と同じ容量値を有する第2の容量性素子とからなることを特徴とする請求項1記載の絶縁抵抗検出方法。The capacitive element includes:
A first capacitive element connected between the other end of the resistive element and one terminal of the battery pack;
And a second capacitive element connected between the other end of the resistive element and the other terminal of the battery pack and having the same capacitance value as the first capacitive element. Item 2. An insulation resistance detection method according to Item 1.
所定周波数の信号を発生する信号発生器と、
前記信号発生器の出力端子に一端が接続され、前記絶縁抵抗と協働して前記信号発生器の出力信号を減衰させるための抵抗性素子と、
前記抵抗性素子の他端と前記組電池の一方の端子との間に接続された第1の容量性素子と、
前記抵抗性素子の他端と前記組電池の他方の端子との間に接続され、前記第1の容量性素子と同じ容量値を有する第2の容量性素子と、
前記抵抗性素子を介した信号の振幅レベルに応じて、前記絶縁抵抗の低下を検出する絶縁抵抗検出部とを備えたことを特徴とする絶縁抵抗検出装置。In an electric vehicle having a high-voltage circuit that converts DC power from a battery pack formed by combining a plurality of secondary batteries into AC power by an inverter via a relay and supplies the AC power to a motor, the high-voltage circuit and the chassis A device for detecting insulation resistance between
A signal generator for generating a signal of a predetermined frequency;
One end connected to an output terminal of the signal generator, a resistive element for attenuating an output signal of the signal generator in cooperation with the insulation resistance;
A first capacitive element connected between the other end of the resistive element and one terminal of the battery pack;
A second capacitive element connected between the other end of the resistive element and the other terminal of the battery pack and having the same capacitance value as the first capacitive element;
An insulation resistance detection device, comprising: an insulation resistance detection unit that detects a decrease in the insulation resistance according to an amplitude level of a signal passed through the resistive element.
前記抵抗性素子を介した信号の振幅レベルを半周期毎に算出する手段と、
ある時点で算出した第1の振幅レベルとその半周期後の時点で算出した第2の振幅レベルとを比較し、比較の結果、前記第2の振幅レベルが前記第1の振幅レベルよりも所定値だけ低下した場合に、前記絶縁抵抗の低下を検出する手段とを備えたことを特徴とする請求項2記載の絶縁抵抗検出装置。The insulation resistance detection unit,
Means for calculating the amplitude level of the signal through the resistive element every half cycle,
The first amplitude level calculated at a certain time is compared with the second amplitude level calculated at a time half a cycle after the first amplitude level, and as a result of the comparison, the second amplitude level is more predetermined than the first amplitude level. 3. The insulation resistance detecting device according to claim 2, further comprising: means for detecting a decrease in the insulation resistance when the value decreases by a value.
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