JP2004248403A

JP2004248403A - 自動車用電源の接地検出機構

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Publication number: JP2004248403A
Application number: JP2003035584A
Authority: JP
Inventors: Tamio Tsurita; 民男釣田; Hiroyuki Imanishi; 啓之今西
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】非接地系の車載電源システムで１点でも接地すれば、それを検知することができる自動車用電源の接地検出機構を提供する。
【解決手段】自動車用電源と、この自動車用電源Ｖに接続されて負荷に電力供給を行なう高圧側Ｐと低圧側Ｎからなる非接地系の導電路と、導電路に接続される接地検出用電源Ｖ_Ｅと、導電路が接地した際に接地検出用電源Ｖ_Ｅから流れる電流より信号を検知する信号検知手段Ｍとを具える。安全上、非接地としてある車載電源システムに上記の接地検出回路を設けることで、事故等で高圧側または低圧側の導電路が接地した際、接地検出用電源Ｖ_Ｅから電流が流れ、その電流に基づいて信号を検知することで、接地されたことを検出する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用電源の接地検出機構に関するものである。特に、電気自動車やハイブリッド自動車における非接地系の電源システムが接地した際に、その接地状態を検知できる自動車用電源の接地検出機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車載電源システムには、接地系電源システムと非接地系電源システムがある。接地系電源システムは、図２に示すように、全電圧Ｖの直流電源（この場合は電池による電源で示す）にサプライのみの１線で負荷Ｌ_１〜Ｌ_ｋを接続し、各負荷をシャーシに共通接地する電源システムである。一方、非接地系電源システムは、図３に示すように、全電圧Ｖの直流電源にサプライとリターンの２線を用いて負荷Ｌ_１〜Ｌ_ｋに接続し、各負荷はシャーシに接地されない電源システムである。
【０００３】
現用乗用車の直流電源（バッテリ）の電圧は１２〜１４ボルトであり、接地系電源システムでシャーシに接地をとる際、直流安全電圧Ｖｓ（一般に５５〜６５Ｖ程度）に対して十分な安全性を有している。一方、近年、自動車の機能が高まり、必要とする電源容量が大きくなると、従来の１２〜１４ボルトでは低電圧過ぎることになる。特に、電気自動車の駆動用電源などでは直流安全電圧Ｖｓをはるかに超える高電圧の利用が考えられている。その際、車載電源システムには、安全性を確保するため非接地系の電源システムを利用することが多い。なお、上記の従来技術を示す適切な公知文献情報はない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の非接地系車載電源システムでは、接地したことを検出する手段がない。通常、非接地系車載電源システムで接地検出手段を付加すると、その電源システムが接地系でなくなって安全性を保てなくなるため、接地検出手段は付加されていない。一方、非接地系電源システムで回路上に不備を生じ、１点だけ接地しても制御上や配電上の不具合を生じず、接地したことがわからない。その状態で動力線に人が触れると感電する虞がある。
【０００５】
従って、本発明の主目的は、非接地系の車載電源システムで１点でも接地すれば、それを検知することができる自動車用電源の接地検出機構を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非接地系の電源システムに安全性の高い接地検出回路を設けることで上記の目的を達成する。
【０００７】
本発明自動車用電源の接地検出機構は、自動車用電源と、この自動車用電源に接続されて負荷に電力供給を行なう高圧側と低圧側からなる非接地系の導電路と、導電路に接続される接地検出用電源と、導電路が接地した際に前記接地検出用電源から流れる電流より信号を検知する信号検知手段とを具えることを特徴とする。
【０００８】
安全上、非接地としてある車載電源システムに上記の接地検出回路を設けることで、事故等で高圧側または低圧側の導電路が接地した際、接地検出用電源から電流が流れ、その電流に基づいて信号を検知することで、接地されたことを検出することができる。
【０００９】
自動車用電源は、自動車において電力供給を行う電源である。代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などにおける動力用電源が挙げられる。特に、直流安全電圧Ｖｓ（一般に５５〜６５Ｖ程度）を超える高電圧の電源に対して本発明は効果的である。
【００１０】
導電路は、代表的にはワイヤーハーネスが挙げられる。接地検出用電源Ｖ_Ｅは直流電源でも交流電源でもいずれでも良い。また、接地検出用電源Ｖ_Ｅは導電路の高圧側・低圧側のいずれに接続しても良い。
【００１１】
信号検出手段Ｍとしては、例えば電圧計やリレーが利用できる。すなわち、導電路が接地した際に導電路に電流が流れ、この電流に基づいて信号を検出する。
【００１２】
ここで、前記導電路と信号検知手段との間に介在されて、接地時に導電路に流れる電流を人体に影響のない水準に制限する限流インピーダンスＲ_１を具えることが好ましい。
【００１３】
人が事故により接地された導電路をさわったときに、接地検出回路を通して流れる電流を制限するため限流インピーダンスＲ_１を設け、そのときに流れる電流が人に危害を加えない大きさの電流に制限する。接地検出用電源Ｖ_Ｅを交流電源（周波数ｆ）とした場合、限流インピーダンスＲ_１はコンデンサに置き換えても良い。
【００１４】
前記接地検出用電源Ｖ_Ｅは自動車用電源Ｖと絶縁されていることが望ましい。この絶縁により、接地検出回路を設けても、自動車用電源を非接地系の状態に保持して十分な安全性を保つことができる。ここで言う絶縁は、両電源Ｖ_Ｅ、Ｖの片端が何らかのインピーダンスを介して接続されていることを指す。例えば、自動車用電源Ｖ、導電路、限流インピーダンスＲ_１、信号検知手段Ｍ、接地検出用電源Ｖ_Ｅの順に直列接続されていれば、接地検出用電源Ｖ_Ｅと自動車用電源Ｖとの間に限流インピーダンスＲ_１や信号検知手段Ｍが介在されることになり好ましい構成である。ただし、自動車用電源Ｖ、導電路、接地検出用電源Ｖ_Ｅ、限流インピーダンスＲ_１、信号検知手段Ｍの順に直列接続されていれば、接地検出用電源Ｖ_Ｅが自動車用電源Ｖと絶縁されていなくても良い。
【００１５】
また、前記信号検知手段Ｍと並列に配される信号検知用抵抗Ｒ_２を有し、信号検知手段のインピーダンスは信号検知用抵抗Ｒ_２の抵抗値以上であることが好ましい。
【００１６】
信号検出手段Ｍの入力抵抗が信号検知用抵抗Ｒ_２より小さいと検出する電圧が小さくなってしまい検出できなくなるからである。ただし、下記「数１」を満たすなら、この制限はなくてもよい。
【００１７】
【数１】

【００１８】
また、接地検出用電源Ｖ_Ｅを交流電源（周波数ｆ）におきかえた場合は、信号検知用抵抗Ｒ_２をコンデンサにおきかえてもよい。
【００１９】
上記接地検知機構において、信号検知手段の検知した信号に基づいて非接地系導電路が接地したことを示す警報手段を具えることが望ましい。
【００２０】
信号検知手段に基づいて検知した信号から警報手段を作動させることで、接地事故を運転者に知らせることができる。警報手段の具体例には、ブザー、ランプ、ディスプレイにおける異常表示などが挙げられる。検知信号は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ）やＰＣＢ（ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄ）、その他の電気回路を経由して警報手段を作動する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明接地検出機構を示す回路図である。ここでは、非接地系車載電源システムに接地検出回路を設けて本発明接地検出機構を構成した例を示している。
【００２２】
この非接地系電源システムは、２００Ｖの動力用電源Ｖと、この動力用電源Ｖから負荷に対して電力供給を行う高圧側導電路Ｐおよび低圧側導電路Ｎを具えている。この電源システムに、接続点Ｄを介して接地検出回路を接続する。
【００２３】
この接地検出回路は図１の破線で囲まれた個所であり、限流インピーダンスＲ_１、検知用抵抗Ｒ_２、電圧計Ｍ、接地検出用電源Ｖ_Ｅにて構成される。ここでは、低圧側導電路Ｎに接地検出回路を接続している。接地検出回路は、接続点Ｄから直列に限流インピーダンスＲ_１、検知用抵抗Ｒ_２、接地検出用電源Ｖ_Ｅが順次接続され、検知用抵抗Ｒ_２と並列に電圧計Ｍが接続されている。また、接地検出用電源Ｖ_Ｅの一端は接地されている。接続点Ｄは高圧側Ｐに接続しても構わない。その場合でも、接続点Ｄから限流インピーダンスＲ_１、検知用抵抗Ｒ_２、接地検出用電源Ｖ_Ｅを順次直列に接続し、検知用抵抗Ｒ_２と並列に電圧計Ｍを接続する。
【００２４】
この接地検出回路を設けた非接地系電源システムにおいて、万一、高圧側導電路Ｐで接地した場合は、下記「数２」の電流が検知用抵抗Ｒ_２に流れ、電圧計Ｍには約２Ｖの電圧が発生する。
【００２５】
【数２】

【００２６】
また、もし低圧側導電路Ｎで接地した場合は、下記「数３」の電流が検知用抵抗Ｒ_２に流れ、電圧計Ｍには０．２４Ｖの電圧が発生する。
【００２７】
【数３】

【００２８】
そこで、電圧計Ｍに所定の閾値（例えば０．２Ｖ）以上の電圧が発生した時点で検知信号を出力するように制御すれば、非接地系電源システムで接地が起こったことがわかる。この検知信号はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ）やＰＣＢ（ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄ）、その他の電気回路を経由して警報手段の作動に利用される。警報手段としてはブザーやランプの点灯、あるいはディスプレーによる表示など、種々の手段が利用できる。
【００２９】
ここで電圧計Ｍの入力インピーダンスは、検知用抵抗Ｒ_２の１０倍程度として、かつ（Ｖ＋Ｖ_Ｅ）／（Ｒ_１＋Ｒ_２）＝Ｉ_ｍａｘを人体に影響のない程度の値になるよう限流インピーダンスＲ_１、検知用抵抗Ｒ_２、接地検出用電源Ｖ_Ｅの電圧を選定することが好ましい。このような選定を行えば、動力用電源Ｖを非接地系にしてあることと実質的に同様である。このように、接地検出用電源Ｖ_Ｅは動力用電源Ｖとの間にインピーダンスを介在させて絶縁することが好ましい。この絶縁により、接地検出回路を設けても、自動車用電源を非接地系の状態に保持して十分な安全性を保つことができる。
【００３０】
さらに、接地検出用電源Ｖ_Ｅを交流電源（周波数ｆ）におきかえた場合は、限流インピーダンスＲ_１、検知用抵抗Ｒ_２を下記「数４」、「数５」となるようにコンデンサにおきかえても良い。
【００３１】
【数４】

【００３２】
【数５】

【００３３】
この接地検出回路は、非接地系電源システムに接地事故が起きない限り電力を消費しない点でも無駄なエネルギー消費がなく好ましい。
【００３４】
なお、以上の構成では接地検出用電源Ｖ_Ｅを検知用抵抗Ｒ_２の後段に接続しているが、その代わりに接続点Ｄと限流インピーダンスＲ_１との間に接地検出用電源Ｖ_Ｅを介在させても良い。この構成によれば、接地検出用電源Ｖ_Ｅと自動車用電源Ｖとの間にインピーダンスを介在させなくても良い。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明接地検知機構によれば、非接地系車載電源システムに接地検出回路を組み合わせることで、事故等でその非接地系電源システムが接地してしまったことを検出することができる。特に、限流インピーダンスを設けることで、人が接地してしまった非接地系電源システムに触れた際、接地検出回路を通して流れる電流を制限し、感電の危険を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明接地検出機構の回路構成図である。
【図２】接地系電源システムの概略構成図である。
【図３】非接地系電源システムの概略構成図である。
【符号の説明】
Ｖ動力用電源
Ｐ高圧側導電路
Ｎ低圧側導電路
Ｄ接続点
Ｒ_１限流インピーダンス
Ｒ_２検知用抵抗
Ｖ_Ｅ接地検出用電源
Ｍ電圧計

Claims

自動車用電源と、
この自動車用電源に接続されて負荷に電力供給を行なう高圧側と低圧側からなる非接地系の導電路と、
導電路に接続される接地検出用電源と、
導電路が接地した際に前記接地検出用電源から流れる電流より信号を検知する信号検知手段とを具えることを特徴とする自動車用電源の接地検出機構。
前記導電路と信号検知手段との間に介在されて、接地時に導電路に流れる電流を人体に影響のない水準に制限する限流インピーダンスを具えることを特徴とする請求項１に記載の自動車用電源の接地検出機構。
前記限流インピーダンスは自動車用電源と接地検出用電源との間に介在されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用電源の接地検出機構。
前記信号検知手段と並列に配される信号検知用抵抗を有し、信号検知手段のインピーダンスは信号検知用抵抗の抵抗値以上であることを特徴とする請求項１に記載の自動車用電源の接地検出機構。
前記信号検知手段の検知した信号に基づいて非接地系導電路が接地したことを示す警報手段を具えることを特徴とする請求項１に記載の自動車用電源の接地検出機構。