JP2005189005A - 地絡検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置構成が複雑化することを防止しつつ、地絡発生の有無を精度良く検出する。
【解決手段】 制御部２３は、非接地直流電源１１の負極側および直流電源１１内部に発生する地絡の検知時に正極側回路２１をオン状態かつ負極側回路２２をオフ状態に設定し、非接地直流電源１１の正極側および直流電源１１内部に発生する地絡の検知時に、正極側回路２１をオフ状態かつ負極側回路２２をオン状態に設定する。制御部２３は、正極側回路２１での異常状態の発生を検知した場合には負極側に地絡が発生したと判定し、負極側回路２２での異常状態の発生を検知した場合には正極側に地絡が発生したと判定し、正極側回路２１および負極側回路２２での異常状態の発生を検知した場合には、非接地直流電源１１の内部に地絡が発生したと判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば車両等に搭載された地絡検知装置に関する。

従来、例えば高圧直流電源を具備する直流回路の陽極側および陰極側に対して、地絡検出用の電流検出器あるいは電圧検出器を選択的に切替接続することによって、直流回路の適宜の位置における地絡発生の有無を検出する地絡検出方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、このような地絡検出方法において高圧直流電源の電源電圧を検出し、この電源電圧の検出値によって、電源電圧の変動に伴う地絡検出用の電流検出器あるいは電圧検出器の検出結果の変動を補正する検出方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平４−１２６１６号公報 特許第２８３８４６２号公報

しかしながら、上記従来技術に係る地絡検出方法においては、高圧直流電源の電源電圧を検出するための電圧検出部を備える必要があり、さらに、この電圧検出部による検出結果に基づき、地絡検出用の電流検出器あるいは電圧検出器の検出結果の変動を補正する構成が必要となり、装置構成が複雑化するという問題が生じる。
また、高圧直流電源を具備する直流回路に、例えば浮遊容量成分等が存在すると、地絡検出用の電流検出器あるいは電圧検出器の切替接続に伴う電流変化や電圧変化に時間依存性が生じることから、単に、切替接続の実行時に電流検出器あるいは電圧検出器で検出を行うだけでは、地絡発生の有無を精度良く検出することができない虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、装置構成が複雑化することを防止しつつ、地絡発生の有無を精度良く検出することが可能な地絡検知装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の地絡検知装置は、地絡検出抵抗（例えば、実施の形態での正極側検出抵抗３３ａ、負極側検出抵抗３３ｂ）および保護抵抗（例えば、実施の形態での正極側保護抵抗３１ａ、負極側保護抵抗３１ｂ）からなる直列回路と定電流源（例えば、実施の形態での正極側定電流源３４ａ、負極側定電流源３４ｂ）とを並列に接続してなる各正側地絡検出回路（例えば、実施の形態での正極側回路２１）および負側地絡検出回路（例えば、実施の形態での負極側回路２２）を、非接地直流電源（例えば、実施の形態での非接地直流電源１１）の各正側端子（例えば、実施の形態での正極側端子１１ｐ）とアース（例えば、実施の形態での接地部２０）との間および負側端子（例えば、実施の形態での負極側端子１１ｎ）とアース（例えば、実施の形態での接地部２０）との間に接続してなる地絡検出装置であって、各前記正側地絡検出回路および前記負側地絡検出回路毎に異常状態の発生有無を検知する異常検知手段（例えば、実施の形態でのステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ１３）と、前記異常検知手段にて前記正側地絡検出回路での異常状態の発生を検知した場合には、前記非接地直流電源の前記負側端子に接続された負側ラインに地絡が発生したと判定し、前記異常検知手段にて前記負側地絡検出回路での異常状態の発生を検知した場合には、前記非接地直流電源の前記正側端子に接続された正側ラインに地絡が発生したと判定し、前記異常検知手段にて前記正側地絡検出回路および前記負側地絡検出回路での異常状態の発生を検知した場合には、前記非接地直流電源の内部に地絡が発生したと判定する地絡判定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ１３、ステップＳ１４、ステップＳ１６）とを備えることを特徴としている。

上記構成の地絡検知装置によれば、非接地直流電源の正極側または負極側あるいは非接地直流電源内部に発生した地絡を検知することができ、地絡発生位置を取得することによって、例えば発生した地絡を解消するための作業等を容易に実行することができ、発生した地絡に対して適切な対応が可能となる。
さらに、この請求項１に記載の地絡検知装置において、前記定電流源から出力される電流の電流値を変更する電流値変更手段と、前記電流値変更手段にて前記電流値を変更したときの前記地絡検出抵抗の両端の端子間電圧の変化に基づき、前記負側ラインまたは前記正側ラインあるいは前記非接地直流電源の内部に発生した地絡に係る地絡抵抗値を検出する地絡抵抗値検出手段とを備え、前記異常検知手段は、前記地絡抵抗値検出手段にて検出される前記地絡抵抗値に基づき、各前記正側地絡検出回路および前記負側地絡検出回路毎に異常状態の発生有無を検知することを特徴とすることによって、非接地直流電源の出力電圧に依存しない検知結果を得ることができ、精度の良い地絡検知が可能となる。

また、請求項２に記載の本発明の地絡検知装置は、地絡検出抵抗（例えば、実施の形態での正極側検出抵抗３３ａ、負極側検出抵抗３３ｂ）および保護抵抗（例えば、実施の形態での正極側保護抵抗３１ａ、負極側保護抵抗３１ｂ）からなる直列回路と定電流源（例えば、実施の形態での正極側定電流源３４ａ、負極側定電流源３４ｂ）とを並列に接続してなる各正側地絡検出回路（例えば、実施の形態での正極側回路２１）および負側地絡検出回路（例えば、実施の形態での負極側回路２２）を、非接地直流電源（例えば、実施の形態での非接地直流電源１１）の各正側端子（例えば、実施の形態での正極側端子１１ｐ）とアース（例えば、実施の形態での接地部２０）との間および負側端子（例えば、実施の形態での負極側端子１１ｎ）とアース（例えば、実施の形態での接地部２０）との間に接続してなる地絡検出装置であって、前記定電流源から出力される電流の電流値（例えば、実施の形態での電流値Ｉ１，Ｉ２）を変更する電流値変更手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０３、ステップＳ０８）と、前記電流値変更手段にて前記電流値を変更したときの前記地絡検出抵抗の両端の端子間電圧（例えば、実施の形態での電圧Ｖ２（Ｉ１），Ｖ２（Ｉ２）、電圧Ｖ４（Ｉ１），Ｖ４（Ｉ２））の変化に基づき、前記非接地直流電源の前記負側端子に接続された負側ラインまたは前記非接地直流電源の前記正側端子に接続された正側ラインあるいは前記非接地直流電源の内部に発生した地絡に係る地絡抵抗値（例えば、実施の形態での地絡抵抗ＲＬｎ、地絡抵抗ＲＬｐ、地絡抵抗ＲＬｎｐ）を検出する地絡抵抗値検出手段（例えば、実施の形態での制御部２３、ステップＳ０５、ステップＳ１０）とを備えることを特徴とする。

上記構成の地絡検知装置によれば、非接地直流電源の出力電圧に依存しない検知結果を得ることができ、精度の良い地絡検知が可能となる。

請求項１に記載の本発明の地絡検知装置によれば、地絡発生の有無に加えて地絡発生位置を取得することによって、例えば発生した地絡を解消するための作業等を容易に実行することができ、発生した地絡に対して適切な対応が可能となる。
また、請求項２に記載の本発明の地絡検知装置によれば、非接地直流電源の出力電圧に依存せずに地絡検知の検知精度を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る地絡検知装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による地絡検知装置１０は、例えば燃料電池車両やハイブリッド車両等の車両に搭載され、例えば接地された車体から電気的に絶縁された非接地直流電源（以下、単に、直流電源と呼ぶ）１１の正極側あるいは負極側あるいは直流電源１１の内部に発生する地絡、つまり絶縁破壊の有無を検知する。
ここで、直流電源（電圧値Ｖｂａｔｔ）１１は、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなる複数のキャパシタセルが直列に接続されてなるキャパシタや、例えば複数のセル（例えばリチウムイオン電池等の二次電池）が直列に接続されてなるバッテリである。

なお、直流電源１１の正極側に発生する地絡とは、直流電源１１の正極側端子１１ｐに接続された正極側ラインの適宜の位置で発生する絶縁破壊であり、この地絡が発生した場合、地絡に係る適宜の大きさの地絡抵抗ＲＬ（例えば、図１に示す地絡抵抗ＲＬｐ）が、正極側ラインの適宜の位置と、接地された車体等との間に設定される。
また、直流電源１１の負極側に発生する地絡とは、直流電源１１の負極側端子１１ｎに接続された負極側ラインの適宜の位置で発生する絶縁破壊であり、この地絡が発生した場合、地絡に係る適宜の大きさの地絡抵抗ＲＬ（例えば、図１に示す地絡抵抗ＲＬｎ）が、負極側ラインの適宜の位置と、接地された車体等との間に設定される。
また、直流電源１１内部に発生する地絡とは、例えば互いに接続されるキャパシタセル同士やセル同士の接点等で発生する絶縁破壊であり、この地絡が発生した場合、地絡に係る適宜の大きさの地絡抵抗ＲＬ（例えば、図１に示す地絡抵抗ＲＬｎｐ）が、直流電源１１内部の適宜の位置と、接地された車体等の接地部との間に設定される。
そして、この直流電源１１は、例えば図１に示すように、車両の駆動源としてのモータ１２の駆動および回生作動を制御するモータ駆動回路１３に並列に接続されている。

また、モータ駆動回路１３は、例えばトランジスタ等のスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続したスイッチング回路から構成されたパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備え、例えば複数相のモータ１２の固定子巻線への通電を順次転流させるようになっている。
すなわち、モータ駆動回路１３は、例えばモータ１２の駆動時に、モータ制御装置（図示略）から出力されるトルク指令に基づき、直流電源１１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ１２へ供給する。一方、例えば車両の減速時等の回生作動時において駆動輪Ｗ側から変速機（Ｔ／Ｍ）を介してモータ１２側に駆動力が伝達されると、モータ駆動回路１３はモータ１２を発電機として作動させ、いわゆる回生制動力を発生させ、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。

本実施の形態による地絡検知装置１０は、例えば図１に示すように、例えば車体等に接続されることで接地された接地部２０と、正極側回路２１と、負極側回路２２と、制御部２３とを備えて構成され、直列に接続された正極側回路２１および負極側回路２２間に接地部２０が配置され、正極側回路２１および負極側回路２２は直流電源１１およびモータ駆動回路１３に並列に接続されている。
正極側回路２１は、例えば図２に示すように、直流電源１１の正極側端子１１ｐから接地部２０に向かい順次、直列に接続された正極側保護抵抗３１ａ（抵抗値Ｒ１）および正極側スイッチング素子（Ｓ１）３２ａおよび正極側検出抵抗３３ａ（抵抗値Ｒ２）と、一連のこれらの素子に対して並列に接続された正極側定電流源３４ａと、さらに、正極側検出抵抗３３ａに並列に接続された正極側電圧検出器３５ａとを備えて構成され、直流電源１１の負極側に発生する地絡および直流電源１１内部に発生する地絡の検知に利用される。
負極側回路２２は、例えば図３に示すように、直流電源１１の負極側端子１１ｎから接地部２０に向かい順次、直列に接続された負極側保護抵抗３１ｂ（抵抗値Ｒ３）および負極側スイッチング素子（Ｓ３）３２ｂおよび負極側検出抵抗３３ｂ（抵抗値Ｒ４）と、一連のこれらの素子に対して並列に接続された負極側定電流源３４ｂと、さらに、負極側検出抵抗３３ｂに並列に接続された負極側電圧検出器３５ｂとを備えて構成され、直流電源１１の正極側に発生する地絡および直流電源１１内部に発生する地絡の検知に利用される。

ここで、正極側スイッチング素子３２ａは、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）等のＦＥＴとされ、ドレインは正極側保護抵抗３１ａに接続され、ソースは正極側検出抵抗３３ａに接続され、ゲートは制御部２３に接続されている。
また、負極側スイッチング素子３２ｂは、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴとされ、ドレインは負極側保護抵抗３１ｂに接続され、ソースは負極側検出抵抗３３ｂに接続され、ゲートは制御部２３に接続されている。

正極側定電流源３４ａは、例えば図４に示すように、オペアンプ４１ａと、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴからなるスイッチング素子（Ｓ２）４２ａと、抵抗４３ａ（抵抗値Ｒａ）と、電源４４ａと、第１〜第３抵抗４５ａ，４６ａ、４７ａ（各抵抗値Ｒａ１，Ｒａ２，Ｒａ３）と、スイッチ４８ａと、電流制限抵抗４９ａとを備えて構成されている。
抵抗４３ａの一方の端子は接地部２０に接続されることで接地されており、他方の端子はオペアンプ４１ａの反転入力端子およびスイッチング素子４２ａのソースに接続されている。また、スイッチング素子４２ａのドレインは直流電源１１の正極側端子１１ｐに接続され、スイッチング素子４２ａのゲートは電流制限抵抗４９ａを介してオペアンプ４１ａの出力端子に接続されている。
また、電源４４ａは、順次、直列に接続された第１〜第３抵抗４５ａ，４６ａ、４７ａを介して接地部２０に接続され、第１抵抗４５ａと第２抵抗４６ａとの接続部がオペアンプ４１ａの非反転入力端子に接続され、さらに、スイッチ４８ａは第３抵抗４７ａに並列に接続されている。

ここで、オペアンプ４１ａの非反転入力端子には電源４４ａの出力電圧（電圧値Ｖ０）およびスイッチ４８ａのオン／オフ状態に応じた適宜の基準電圧Ｖｒｉが入力されており、オペアンプ４１ａの反転入力端子には抵抗４３ａ（抵抗値Ｒａ）に流れる電流Ｉに応じた電圧（Ｉ×Ｒａ）が入力されており、この電圧（Ｉ×Ｒａ）と基準電圧Ｖｒｉとに差ΔＶ＝（Ｖｒｉ−Ｉ×Ｒｂ）があると、この差ΔＶを適宜の利得Ａｍで増幅して得た電圧Ａｍ×ΔＶがオペアンプ４１ａからスイッチング素子４２ａのゲートへ入力される。ここで、スイッチング素子４２ａのソースの電位、つまりオペアンプ４１ａの反転入力端子に入力される電圧は、ゲートに入力される電圧Ａｍ×ΔＶからスイッチング素子４２ａでのゲート・ソース端子間のＰＮ接合の順方向電圧Ｖｆを減算して得た値（Ａｍ×ΔＶ−Ｖｆ）となるが、この値は、例えば利得Ａｍが十分に大きな値に設定されていると、基準電圧Ｖｒｉにほぼ等しくなり、抵抗４３ａに流れる電流Ｉは一定の電流値（例えば、Ｖｒｉ／Ｒａ）となる。

これにより、抵抗４３ａに流れる電流Ｉの電流値は、基準電圧Ｖｒｉに応じた適宜の電流値以下の値となるように規制される。
この基準電圧Ｖｒｉは、制御部２３により制御されるスイッチ４８ａのオン／オフ状態に応じて変化し、スイッチ４８ａがオフ状態では、電源４４ａの出力電圧が、第１抵抗４５ａの抵抗値Ｒａ１と第２および第３抵抗４６ａ、４７ａの合成抵抗値（Ｒａ２＋Ｒａ３）とによって分圧された電圧値（Ｖ０×（Ｒａ２＋Ｒａ３）／（Ｒａ１＋Ｒａ２＋Ｒａ３））となる。一方、スイッチ４８ａがオン状態では、電源４４ａの出力電圧が、第１抵抗４５ａの抵抗値Ｒａ１と第２抵抗４６ａの抵抗値Ｒａ２とによって分圧された電圧値（Ｖ０×Ｒａ２／（Ｒａ１＋Ｒａ２））となる。
つまり、正極側定電流源３４ａから出力される電流Ｉの電流値はスイッチ４８ａのオン／オフ状態に応じて変化し、以下においては、スイッチ４８ａのオフ状態で電流値Ｉ１とし、スイッチ４８ａのオン状態で電流値Ｉ２とする。
なお、スイッチング素子４２ａのゲートは制御部２３に接続されており、制御部２３においてスイッチング素子４２ａのゲートが接地されると、スイッチング素子４２ａはオフ状態となって、正極側定電流源３４ａから出力される電流Ｉの電流値はゼロとなる。
また、オペアンプ４１ａの非反転入力端子へ入力される基準電圧Ｖｒｉおよび反転入力端子へ入力される電圧（Ｉ×Ｒａ）は正の電圧とされている。

また、負極側定電流源３４ｂは、例えば図５に示すように、オペアンプ４１ｂと、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴからなるスイッチング素子４２ｂと、スイッチング素子（Ｓ４）４２ｂと、抵抗４３ｂ（抵抗値Ｒｂ）と、電源４４ｂと、第４〜第６抵抗４５ｂ，４６ｂ、４７ｂ（各抵抗値Ｒｂ１，Ｒｂ２，Ｒｂ３）と、スイッチ４８ｂと、電流制限抵抗４９ｂとを備えて構成されている。
抵抗４３ｂの一方の端子は接地部２０に接続されることで接地されており、他方の端子はオペアンプ４１ｂの非反転入力端子およびスイッチング素子４２ｂのソースに接続されている。また、スイッチング素子４２ｂのドレインは直流電源１１の負極側端子１１ｎに接続され、スイッチング素子４２ｂのゲートは電流制限抵抗４９ｂを介してオペアンプ４１ｂの出力端子に接続されている。
また、電源４４ｂは、順次、直列に接続された第４〜第６抵抗４５ｂ，４６ｂ、４７ｂを介して接地部２０に接続され、第４抵抗４５ｂと第５抵抗４６ｂとの接続部がオペアンプ４１ｂの反転入力端子に接続され、さらに、スイッチ４８ｂは第６抵抗４７ｂに並列に接続されている。

ここで、オペアンプ４１ｂの反転入力端子には電源４４ｂの出力電圧（電圧値Ｖ０）およびスイッチ４８ｂのオン／オフ状態に応じた適宜の基準電圧Ｖｒｉが入力されており、オペアンプ４１ｂの非反転入力端子には抵抗４３ｂに流れる電流Ｉに応じた電圧（Ｉ×Ｒｂ）が入力されており、この電圧（Ｉ×Ｒｂ）と基準電圧Ｖｒｉとに差ΔＶ＝（Ｉ×Ｒｂ−Ｖｒｉ）があると、この差ΔＶを適宜の利得Ａｍで増幅して得た電圧Ａｍ×ΔＶがオペアンプ４１ｂからスイッチング素子４２ｂのゲートへ入力される。ここで、スイッチング素子４２ｂのソースの電位、つまりオペアンプ４１ｂの非反転入力端子に入力される電圧は、ゲートに入力される電圧Ａｍ×ΔＶにスイッチング素子４２ｂでのゲート・ソース端子間のＰＮ接合の順方向電圧Ｖｆを加算して得た値（Ａｍ×ΔＶ＋Ｖｆ）となるが、この値は、例えば利得Ａｍが十分に大きな値に設定されていると、基準電圧Ｖｒｉにほぼ等しくなり、抵抗４３ｂに流れる電流Ｉは一定の電流値（例えば、Ｖｒｉ／Ｒｂ）となる。

これにより、抵抗４３ｂに流れる電流Ｉの電流値は、基準電圧Ｖｒｉに応じた適宜の電流値以下の値となるように規制される。
この基準電圧Ｖｒｉは、制御部２３により制御されるスイッチ４８ｂのオン／オフ状態に応じて変化し、スイッチ４８ｂがオフ状態では、電源４４ｂの出力電圧が、第４抵抗４５ｂの抵抗値Ｒｂ１と第５および第６抵抗４６ｂ、４７ｂの合成抵抗値（Ｒｂ２＋Ｒｂ３）とによって分圧された電圧値（Ｖ０×（Ｒｂ２＋Ｒｂ３）／（Ｒｂ１＋Ｒｂ２＋Ｒｂ３））となる。一方、スイッチ４８ｂがオン状態では、電源４４ｂの出力電圧が、第４抵抗４５ｂの抵抗値Ｒｂ１と第５抵抗４６ｂの抵抗値Ｒｂ２とによって分圧された電圧値（Ｖ０×Ｒｂ２／（Ｒｂ１＋Ｒｂ２））となる。
つまり、負極側定電流源３４ｂから出力される電流Ｉの電流値はスイッチ４８ｂのオン／オフ状態に応じて変化し、以下においては、スイッチ４８ｂのオフ状態で電流値Ｉ１とし、スイッチ４８ｂのオン状態で電流値Ｉ２とする。
なお、スイッチング素子４２ｂのゲートは制御部２３に接続されており、制御部２３においてスイッチング素子４２ｂのゲートが接地されると、スイッチング素子４２ｂはオフ状態となって、負極側定電流源３４ｂから出力される電流Ｉの電流値はゼロとなる。
また、オペアンプ４１ｂの反転入力端子へ入力される基準電圧Ｖｒｉおよび非反転入力端子へ入力される電圧（Ｉ×Ｒｂ）は負の電圧とされている。

制御部２３は、ＣＰＵ等を含む電子回路により構成され、正極側回路２１の正極側スイッチング素子３２ａおよび負極側回路２２の負極側スイッチング素子３２ｂのオン／オフ切替制御と、正極側定電流源３４ａおよび負極側定電流源３４ｂの各スイッチング素子４２ａ，４２ｂおよび各スイッチ４８ａ，４８ｂのオン／オフ切替制御を実行すると共に、正極側電圧検出器３５ａおよび負極側電圧検出器３５ｂから出力される各電圧値Ｖ２，Ｖ４に基づき地絡発生の有無を判定する。
例えば、制御部２３は、地絡検知処理の実行時以外においては、正極側回路２１の各スイッチング素子３２ａ，４２ａおよび負極側回路２２の各スイッチング素子３２ｂ，４２ｂの各ゲートを接地することによって、各スイッチング素子３２ａ，４２ａ，３２ｂ，４２ｂをオフ状態に設定する。
そして、例えば、制御部２３は、直流電源１１の負極側に発生する地絡および直流電源１１内部に発生する地絡に対する地絡検知処理の実行時に、正極側回路２１の正極側スイッチング素子（Ｓ１）３２ａおよび正極側定電流源３４ａのスイッチング素子（Ｓ２）４２ａの各ゲートの接地を解除し、適宜の電圧レベルのオン信号が各ゲートへ入力されるように設定することで、各スイッチング素子３２ａ，４２ａをオン状態に設定する。
このとき、制御部２３は、スイッチ（Ｓ５）４８ａをオフ状態に設定するオフ信号またはオン状態に設定するオン信号を出力することによって、正極側定電流源３４ａから出力される電流Ｉの電流値を電流値Ｉ１または電流値Ｉ２に変更する。
また、例えば、制御部２３は、直流電源１１の正極側に発生する地絡および直流電源１１内部に発生する地絡に対する地絡検知処理の実行時に、負極側回路２２の負極側スイッチング素子（Ｓ３）３２ｂおよび負極側定電流源３４ｂのスイッチング素子（Ｓ４）４２ｂの各ゲートの接地を解除し、適宜の電圧レベルのオン信号が各ゲートへ入力されるように設定することで、各スイッチング素子３２ｂ，４２ｂをオン状態に設定する。
このとき、制御部２３は、スイッチ（Ｓ６）４８ｂをオフ状態に設定するオフ信号またはオン状態に設定するオン信号を出力することによって、負極側定電流源３４ｂから出力される電流Ｉの電流値を電流値Ｉ１または電流値Ｉ２に変更する。

例えば図６に示すように、直流電源１１の負極側に地絡抵抗ＲＬｎの地絡が発生している場合に、正極側回路２１をオン状態（つまり、正極側回路２１の各スイッチング素子３２ａ，４２ａをオン状態）かつ負極側回路２２をオフ状態（つまり、負極側回路２２の各スイッチング素子３２ｂ，４２ｂをオフ状態）に設定することによって、直流電源１１から、順次、正極側保護抵抗３１ａおよび正極側スイッチング素子（Ｓ１）３２ａおよび正極側検出抵抗３３ａおよび地絡抵抗ＲＬｎを流通して、直流電源１１へと適宜の電流が還流する第１閉回路Ｌ１と、直流電源１１から、順次、正極側定電流源３４ａおよび地絡抵抗ＲＬｎを流通して、直流電源１１へと、スイッチ４８ａのオン／オフ状態に応じて変化する電流値Ｉ１または電流値Ｉ２の電流Ｉが還流する第２閉回路Ｌ２とが形成される。
ここで、正極側定電流源３４ａから出力される電流Ｉが電流値Ｉ１であるときに、正極側検出抵抗３３ａに並列に接続された正極側電圧検出器３５ａによって検出される電圧Ｖ２（Ｉ１）は、例えば下記数式（１）に示すように記述され、正極側定電流源３４ａから出力される電流Ｉが電流値Ｉ２であるときに正極側電圧検出器３５ａによって検出される電圧Ｖ２（Ｉ２）は、例えば下記数式（２）に示すように記述される。

上記数式（１），（２）の差分（Ｖ２（Ｉ１）−Ｖ２（Ｉ２））に基づき地絡抵抗ＲＬｎを記述すると、例えば下記数式（３）に示すように、直流電源１１の電圧値Ｖｂａｔｔには依存しない値となる。

また、例えば図７に示すように、直流電源１１の正極側に地絡抵抗ＲＬｐの地絡が発生している場合に、負極側回路２２をオン状態（つまり、負極側回路２２の各スイッチング素子３２ｂ，４２ｂをオン状態）かつ正極側回路２１をオフ状態（つまり、正極側回路２１の各スイッチング素子３２ａ，４２ａをオフ状態）に設定することによって、直流電源１１から、順次、地絡抵抗ＲＬｐおよび負極側検出抵抗３３ｂおよび負極側スイッチング素子（Ｓ３）３２ｂおよび負極側保護抵抗３１ｂを流通して、直流電源１１へと適宜の電流が還流する第３閉回路Ｌ３と、直流電源１１から、順次、地絡抵抗ＲＬｐおよび負極側定電流源３４ｂを流通して、直流電源１１へと、スイッチ４８ｂのオン／オフ状態に応じて変化する電流値Ｉ１または電流値Ｉ２の電流Ｉが還流する第４閉回路Ｌ４とが形成される。
ここで、負極側定電流源３４ｂから出力される電流Ｉが電流値Ｉ１であるときに、負極側検出抵抗３３ｂに並列に接続された負極側電圧検出器３５ｂによって検出される電圧Ｖ４（Ｉ１）は、例えば下記数式（４）に示すように記述され、負極側定電流源３４ｂから出力される電流Ｉが電流値Ｉ２であるときに負極側電圧検出器３５ｂによって検出される電圧Ｖ４（Ｉ２）は、例えば下記数式（５）に示すように記述される。

上記数式（４），（５）の差分（Ｖ４（Ｉ１）−Ｖ４（Ｉ２））に基づき地絡抵抗ＲＬｐを記述すると、例えば下記数式（６）に示すように、直流電源１１の電圧値Ｖｂａｔｔには依存しない値となる。

また、直流電源１１内部の適宜の位置に地絡抵抗ＲＬｎｐの地絡が発生している場合に、正極側回路２１をオン状態（つまり、正極側回路２１の各スイッチング素子３２ａ，４２ａをオン状態）かつ負極側回路２２をオフ状態（つまり、負極側回路２２の各スイッチング素子３２ｂ，４２ｂをオフ状態）に設定すると、例えば図８に示すように、直流電源１１の正極側端子１１ｐから、順次、正極側保護抵抗３１ａおよび正極側スイッチング素子（Ｓ１）３２ａおよび正極側検出抵抗３３ａおよび地絡抵抗ＲＬｎｐを流通して、直流電源１１内部の地絡発生位置１１ｎｐへと適宜の電流が還流する第５閉回路Ｌ５と、直流電源１１の正極側端子１１ｐから、順次、正極側定電流源３４ａおよび地絡抵抗ＲＬｎｐを流通して、直流電源１１内部の地絡発生位置１１ｎｐへと、スイッチ４８ａのオン／オフ状態に応じて変化する電流値Ｉ１または電流値Ｉ２の電流Ｉが還流する第６閉回路Ｌ６とが形成される。
さらに、この場合には、直流電源１１の正極側に地絡抵抗ＲＬｐの地絡が発生している場合に、負極側回路２２をオン状態（つまり、負極側回路２２の各スイッチング素子３２ｂ，４２ｂをオン状態）かつ正極側回路２１をオフ状態（つまり、正極側回路２１の各スイッチング素子３２ａ，４２ａをオフ状態）に設定すると、例えば図９に示すように、直流電源１１内部の地絡発生位置１１ｎｐから、順次、地絡抵抗ＲＬｎｐおよび負極側検出抵抗３３ｂおよび負極側スイッチング素子（Ｓ３）３２ｂおよび負極側保護抵抗３１ｂを流通して、直流電源１１の負極側端子１１ｎへと適宜の電流が還流する第７閉回路Ｌ７と、直流電源１１内部の地絡発生位置１１ｎｐから、順次、地絡抵抗ＲＬｎｐおよび負極側定電流源３４ｂを流通して、直流電源１１の負極側端子１１ｎへと、スイッチ４８ｂのオン／オフ状態に応じて変化する電流値Ｉ１または電流値Ｉ２の電流Ｉが還流する第８閉回路Ｌ８とが形成される。

つまり、直流電源１１内部に地絡が発生している場合には、正極側検出抵抗３３ａに並列に接続された正極側電圧検出器３５ａによって検出される電圧Ｖ２（Ｉ１）および電圧Ｖ２（Ｉ２）に基づき、例えば下記数式（７）に示すように、正極側端子１１ｐと地絡発生位置１１ｎｐとの間の電圧Ｖａに依存しない値として地絡抵抗ＲＬｐｎを記述することができ、さらに、負極側検出抵抗３３ｂに並列に接続された負極側電圧検出器３５ｂによって検出される電圧Ｖ４（Ｉ１）および電圧Ｖ４（Ｉ２）に基づき、例えば下記数式（８）に示すように、地絡発生位置１１ｎｐと負極側端子１１ｎとの間の電圧Ｖｂに依存しない値として地絡抵抗ＲＬｐｎを記述することができ。
そして、下記数式（７）の右辺は上記数式（３）の右辺と同等となり、下記数式（８）の右辺は上記数式（６）の右辺と同等となる。

なお、地絡検知処理の実行時に、制御部２３によって正極側回路２１の正極側スイッチング素子３２ａまたは負極側回路２２の負極側スイッチング素子３２ｂがオン状態に設定されると、直流電源１１は、正極側保護抵抗３１ａおよび正極側検出抵抗３３ａを介して、あるいは、負極側保護抵抗３１ｂおよび負極側検出抵抗３３ｂを介して、例えば車体等に接続されることで接地される。
このため、制御部２３は、正極側保護抵抗３１ａおよび正極側検出抵抗３３ａに流れる電流が所定の電流値を超えて過剰に大きくなった場合には、正極側スイッチング素子３２ａをオフ状態に設定するオフ信号を出力し、負極側保護抵抗３１ｂおよび負極側検出抵抗３３ｂに流れる電流が所定の電流値を超えて過剰に大きくなった場合には、負極側スイッチング素子３２ｂをオフ状態に設定するオフ信号を出力する。
すなわち、正極側電圧検出器３５ａによって検出される正極側検出抵抗３３ａの両端に発生する出力電圧の電圧値Ｖ２に対して所定の保護電圧Ｖｇａｔｅが設定されており、例えば地絡が発生していない場合等のように、地絡抵抗ＲＬｎ，ＲＬｎｐが相対的に大きいときに、出力電圧の電圧値Ｖ２が保護電圧Ｖｇａｔｅを超えることがないように設定されている。同様にして、負極側電圧検出器３５ｂによって検出される負極側検出抵抗３３ｂの両端に発生する出力電圧の電圧値Ｖ４は所定の保護電圧Ｖｇａｔｅを超えることがないように設定されている。

制御部２３は、上記数式（３），（６）、（７），（８）に基づき、直流電源１１の正極側または負極側、あるいは、直流電源１１内部において地絡が発生したか否かを判定する。
そして、地絡が発生していると判定した場合には、この判定結果を、例えば警報装置（図示略）等へ出力する。

本実施の形態による地絡検知装置１０は上記構成を備えており、次に、この地絡検知装置１０の動作について添付図面を参照しながら説明する。

先ず、例えば図１０に示すステップＳ０１においては、正極側回路２１をオン状態かつ負極側回路２２をオフ状態に設定する。これにより、例えば図１１に示す時刻ｔ１のように、正極側スイッチング素子（Ｓ１）３２ａおよびスイッチング素子（Ｓ２）４２ａがオン状態とされ、負極側スイッチング素子（Ｓ３）３２ｂおよびスイッチング素子（Ｓ４）４２ｂがオフ状態となる。
そして、ステップＳ０２においては、例えば図１１に示す時刻ｔ１のように、正極側定電流源３４ａのスイッチ（Ｓ５）４８ａをオフ状態として正極側定電流源３４ａから電流値Ｉ１の電流Ｉを出力させ、正極側検出抵抗３３ａに並列に接続された正極側電圧検出器３５ａによって電圧Ｖ２（Ｉ１）を検出する。この正極側電圧検出器３５ａの検出結果は、例えば図１１に示す時刻ｔ２〜時刻ｔ３において、ＡＤ変換器（図示略）にてＡＤ変換される。
次に、ステップＳ０３においては、例えば図１１に示す時刻ｔ３のように、正極側定電流源３４ａのスイッチ（Ｓ５）４８ａをオフ状態からオン状態へ切り換え、正極側定電流源３４ａから出力される電流Ｉを電流値Ｉ１から電流値Ｉ２へと切り換える。
そして、ステップＳ０４においては、正極側定電流源３４ａから電流値Ｉ２の電流Ｉを出力させた状態で、正極側検出抵抗３３ａに並列に接続された正極側電圧検出器３５ａによって電圧Ｖ２（Ｉ２）を検出する。この正極側電圧検出器３５ａの検出結果は、例えば図１１に示す時刻ｔ４〜時刻ｔ５において、ＡＤ変換器（図示略）にてＡＤ変換される。
そして、ステップＳ０５においては、上記数式（３）に基づき、直流電源１１の負極側に発生した地絡の地絡抵抗ＲＬｎを算出する。

次に、ステップＳ０６においては、負極側回路２２をオン状態かつ正極側回路２１をオフ状態に設定する。これにより、例えば図１１に示す時刻ｔ５のように、正極側スイッチング素子（Ｓ１）３２ａおよびスイッチング素子（Ｓ２）４２ａがオフ状態とされ、さらに、例えば図１１に示す時刻ｔ６のように、負極側スイッチング素子（Ｓ３）３２ｂおよびスイッチング素子（Ｓ４）４２ｂがオン状態となる。
次に、ステップＳ０７においては、例えば図１１に示す時刻ｔ６のように、負極側定電流源３４ｂのスイッチ４８ｂをオフ状態として負極側定電流源３４ｂから電流値Ｉ１の電流Ｉを出力させ、負極側検出抵抗３３ｂに並列に接続された負極側電圧検出器３５ｂによって電圧Ｖ４（Ｉ１）を検出する。この負極側電圧検出器３５ｂの検出結果は、例えば図１１に示す時刻ｔ７〜時刻ｔ８において、ＡＤ変換器（図示略）にてＡＤ変換される。
次に、ステップＳ０８においては、例えば図１１に示す時刻ｔ８のように、負極側定電流源３４ｂのスイッチ４８ｂをオフ状態からオン状態へ切り換え、負極側定電流源３４ｂから出力される電流Ｉを電流値Ｉ１から電流値Ｉ２へと切り換える。
そして、ステップＳ０９においては、負極側定電流源３４ｂから電流値Ｉ２の電流Ｉを出力させた状態で、負極側検出抵抗３３ｂに並列に接続された負極側電圧検出器３５ｂによって電圧Ｖ４（Ｉ２）を検出する。この負極側電圧検出器３５ｂの検出結果は、例えば図１１に示す時刻ｔ９〜時刻ｔ１０において、ＡＤ変換器（図示略）にてＡＤ変換される。
そして、ステップＳ１０においては、上記数式（６）に基づき、直流電源１１の正極側に発生した地絡の地絡抵抗ＲＬｐを算出する。

そして、ステップＳ１１においては、負極側の地絡抵抗ＲＬｎが所定の判定閾値＃Ｒ以下か否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ１５に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２においては、正極側の地絡抵抗ＲＬｐが所定の判定閾値＃Ｒ以下か否かを判定する。
ステップＳ１２の判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１３に進み、直流電源１１の負極側に地絡が発生したと判断して、一連の処理を終了する。
一方、ステップＳ１２の判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１４に進み、直流電源１１内部に地絡が発生したと判断して、一連の処理を終了する。
また、ステップＳ１５においては、正極側の地絡抵抗ＲＬｐが所定の判定閾値＃Ｒ以下か否かを判定する。
ステップＳ１２の判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１６に進み、直流電源１１の正極側に地絡が発生したと判断して、一連の処理を終了する。
一方、ステップＳ１２の判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１７に進み、地絡は発生していないと判断して、一連の処理を終了する。

なお、上述した各スイッチング素子３２ａ，４２ａ，３２ｂ，４２ｂおよび各スイッチ４８ａ，４８ｂのオン／オフ状態の継続時間や、ＡＤ変換に要する時間や、例えば図１１に示す時刻ｔ１０〜時刻ｔ１１において実行される上述したステップＳ１１からステップＳ１７における判定処理に要する時間等は、適宜の長さに設定可能とされている。
また、上述したステップＳ０１からステップＳ１７の一連の処理では、先ず、正極側回路２１をオン状態とし、次に、負極側回路２２をオン状態としたが、これに限定されず、先ず、負極側回路２２をオン状態とし、次に、正極側回路２１をオン状態としてもよい。

上述したように、本実施の形態による地絡検知装置１０によれば、直流電源１１の正極側または負極側あるいは直流電源１１内部に発生した地絡を検知することができ、地絡発生位置を取得することによって、例えば発生した地絡を解消するための作業等を容易に実行することができ、発生した地絡に対して適切な対応が可能となる。
しかも、直流電源１１の出力電圧に依存しない検知結果を得ることができ、精度の良い地絡検知が可能となる。

本発明の一実施形態に係る地絡検知装置を搭載した車両の構成図である。 図１に示す地絡検知装置の正極側回路の構成図である。 図１に示す地絡検知装置の負極側回路の構成図である。 図１に示す正極側定電流源の構成図である。 図１に示す負極側定電流源の構成図である。 直流電源の負極側に地絡抵抗ＲＬｎの地絡が発生している場合の一例を示す図である。 直流電源の正極側に地絡抵抗ＲＬｐの地絡が発生している場合の一例を示す図である。 直流電源内部に地絡抵抗ＲＬｎｐの地絡が発生している場合の一例を示す図である。 直流電源内部に地絡抵抗ＲＬｎｐの地絡が発生している場合の一例を示す図である。 図１に示す地絡検知装置の動作を示すフローチャートである。 図１に示す地絡検知装置の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 地絡検知装置
１１ 非接地直流電源
１１ｐ 正極側端子（正極端子）
１１ｎ 負極側端子（負極端子）
１２ モータ
２０ 接地部
２１ 正極側回路（正側地絡検出回路）
２２ 負極側回路（負側地絡検出回路）
２３ 制御部（地絡抵抗値検出手段）
３２ａ 正極側スイッチング素子（スイッチング素子）
３２ｂ 負極側スイッチング素子（スイッチング素子）
３３ａ 正極側検出抵抗（地絡検出抵抗）
３３ｂ 負極側検出抵抗（地絡検出抵抗）
３４ａ 正極側定電流源（定電流源）
３４ｂ 負極側定電流源（定電流源）
３５ａ 正極側電圧検出器
３５ｂ 負極側電圧検出器
ステップＳ０３、ステップＳ０８ 電流値変更手段
ステップＳ０５、ステップＳ１０ 地絡抵抗値検出手段
ステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ１５ 異常検知手段
ステップＳ１３、ステップＳ１４、ステップＳ１６ 地絡判定手段

Claims (2)

1. 地絡検出抵抗および保護抵抗からなる直列回路と定電流源とを並列に接続してなる各正側地絡検出回路および負側地絡検出回路を、非接地直流電源の各正側端子とアースとの間および負側端子とアースとの間に接続してなる地絡検出装置であって、
   各前記正側地絡検出回路および前記負側地絡検出回路毎に異常状態の発生有無を検知する異常検知手段と、
   前記異常検知手段にて前記正側地絡検出回路での異常状態の発生を検知した場合には、前記非接地直流電源の前記負側端子に接続された負側ラインに地絡が発生したと判定し、
   前記異常検知手段にて前記負側地絡検出回路での異常状態の発生を検知した場合には、前記非接地直流電源の前記正側端子に接続された正側ラインに地絡が発生したと判定し、
   前記異常検知手段にて前記正側地絡検出回路および前記負側地絡検出回路での異常状態の発生を検知した場合には、前記非接地直流電源の内部に地絡が発生したと判定する地絡判定手段と
   を備えることを特徴とする地絡検知装置。
2. 地絡検出抵抗および保護抵抗からなる直列回路と定電流源とを並列に接続してなる各正側地絡検出回路および負側地絡検出回路を、非接地直流電源の各正側端子とアースとの間および負側端子とアースとの間に接続してなる地絡検出装置であって、
   前記定電流源から出力される電流の電流値を変更する電流値変更手段と、
   前記電流値変更手段にて前記電流値を変更したときの前記地絡検出抵抗の両端の端子間電圧の変化に基づき、前記非接地直流電源の前記負側端子に接続された負側ラインまたは前記非接地直流電源の前記正側端子に接続された正側ラインあるいは前記非接地直流電源の内部に発生した地絡に係る地絡抵抗値を検出する地絡抵抗値検出手段と
   を備えることを特徴とする地絡検知装置。
   
   

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