JP2005237133A

JP2005237133A - 車両の漏電検出装置

Info

Publication number: JP2005237133A
Application number: JP2004044350A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Torasawa; 陽介虎澤; Yasushi Kojima; 靖小島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】給電ラインの高電圧に対する配慮を必要としない漏電検出装置を提供する。
【解決手段】車両に搭載された、直流電源１０から同期モータ３０に至る給電系統においては、インバータ２０の制御ＧＮＤ２４の接地電位が、コントロールユニット４０により検出される。コントロールユニット４０は、インバータ２０の制御ＧＮＤ２４の接地電位から、コントロールユニット４０自身の制御ＧＮＤ４４の接地電位を減算して差分を求め、その差分を漏電検出用の閾値と比較することで、給電系統における漏電を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動される車両において、電源からモータに至る給電系統からの漏電を検出する漏電検出装置に関する。

従来より、モータを駆動源とする電気自動車、エンジン及びモータを駆動源とするハイブリッド自動車などにおいては、インバータで三相交流電圧を生成して同期モータに供給し、同期モータを回転駆動している。その給電系統においては、車両を駆動できるほどの高電圧が印加されており、漏電の発生は好ましくない。そこで、このような漏電を発見するために漏電検出装置が設けられている。

特開２００３−２２３８４１号公報に漏電検出装置の一例が示されている。この文献の漏電検出装置は、給電系統にあるリレーとインバータの接続状態を切り換えて、それぞれの接続状態において漏電の有無を検出することにより、漏電の発生個所を特定している。

特開２００３−２２３８４１号公報

しかしながら、上記の従来文献の漏電検出装置では電位測定回路を設け、電源からインバータに至る給電ラインの電位を測定している。ここで、給電ラインは高電圧であるため、電位測定回路に高圧絶縁の配慮が必要となり、その結果、回路が複雑になってしまう。また、これによるコストアップも大きい。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、給電ラインの高電圧に対する配慮を必要としない漏電検出装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は、車両を駆動するモータ駆動機構において、電力変換素子を含む給電系統からの漏電を検出する漏電検出装置であって、前記インバータの接地電位を測定する電位測定手段と、前記インバータの接地電位に基づき、前記給電系統における漏電を検出する漏電検出手段と、を備えたことを特徴とする。

ここで、前記電位測定手段は、前記電力変換素子が収納されるケースの接地個所の電位を測定することが好ましい。

また、前記電力変換素子の一態様は、前記モータに供給する交流電流を生成するインバータであり、別の態様は、電源電圧を昇圧する昇圧コンバータである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

図１は、エンジン及びモータを駆動源とするハイブリッド自動車に搭載された、直流電源から同期モータに至る給電系統の構成を示す概略図である。この給電系統は、直流電源１０、インバータ２０、同期モータ３０を含んで構成されている。このうち、インバータ２０はコントロールユニット（ＥＣＵ）４０からの指令４２を受けて、その動作が制御されている。以下、各構成について詳細に説明する。

直流電源１０はニッケル水素電池などの二次電池であり、車両の走行状態により同期モータ３０が発電機となることで充電される。直流電源１０から給電ライン１２に供給される電圧は、車両を駆動できるほどの高電位となっている。本実施形態では、直流電源１０を二次電池としているが、これに代えて他の態様としてもよい。

インバータ２０は、トランジスタ（ＩＧＢＴ）等のスイッチング素子を複数組み合わせて構成される。インバータ２０は、コントロールユニット４０からの指令に応じて複数のスイッチング素子をオンオフすることで、給電ライン１２の直流電圧を変換して、所望の三相交流電流を生成する。この三相交流電圧は、給電ライン２２に出力される。なお、インバータ２０は、自ら出力した三相交流電圧を検出してフィードバックし、その検出結果をスイッチング素子のオンオフ制御に供している。

インバータ２０の全てのスイッチング素子は、鋼、アルミニウム等を材質とするケースに収納され、車両に搭載される。これにより、スイッチング素子は、車両を取り巻く環境から保護される。スイッチング素子を組み合わせて構成されるインバータ回路は、制御の安定化のために、コネクタを介してケースに接地されている。図１において、当該接地を符号２４で示す。以下、この接地を、インバータ２０の制御ＧＮＤと呼ぶ。

同期モータ３０は、内部にロータ及びステータを備え、ステータに巻装されるコイルにインバータ２０からの三相交流電流を流すことでロータが回転駆動される。この駆動力が車輪に伝達され、車両が駆動される。また、既述したとおり、車両の走行状態によっては、同期モータ３０は発電機となる。

コントロールユニット４０は、車両の駆動機構に関する制御を主として行っており、エンジン及びモータに関連する各構成に指令を送っている。コントロールユニット４０は、制御の安定化のために接地４４されている。以下、この接地をコントロールユニット４０の制御ＧＮＤと呼ぶ。

また、コントロールユニット４０は、車両の駆動機構に関する副次的な処理として、給電系統における漏電を検出する処理を行っている。漏電検出処理について、図２を参照して、以下に説明する。

漏電検出処理において、コントロールユニット４０は、先ず、インバータ２０の制御ＧＮＤ２４の接地電位を検出する（Ｓ２０１）。また、コントロールユニット４０自身の制御ＧＮＤ４４の接地電位を検出する（Ｓ２０２）。そして、インバータ２０の接地電位からコントロールユニット４０自身の接地電位を減算して差分ΔＶを求め（Ｓ２０３）、その接地電位の差分ΔＶを漏電検出用の閾値と比較する（Ｓ２０４）。これにより、給電系統の漏電を検出することができる。

図３を参照して、漏電検出の具体例を説明する。給電系統の漏電が発生していないときには、接地電位の差分ΔＶはゼロ付近の値であり、漏電検出用の閾値より小さい。よって、給電系統に漏電は検出されない。しかし、インバータ、給電ライン１２，２２等に異常が生じると、漏電による電流が制御ＧＮＤ２４を変動させるため接地電位の差分ΔＶは上昇し、漏電検出用の閾値より大きな値となる。よって、給電系統の漏電の発生が検出される。

コントロールユニット４０は、漏電が検出された場合には、漏電に対応した制御（ユーザへの報知など）を行う。なお、上記の漏電検出用の閾値は、実際に漏電を発生させて、好適な値を求めればよい。なお、本実施形態では、コントロールユニット４０の制御ＧＮＤ４４の接地電位を基準としているが、これに代えて、他の基準となる電位を利用してもよい。

上述した本実施形態の漏電検出装置において特徴的なことは、インバータ２０の制御ＧＮＤの接地電位を監視し、これに基づき給電系統の漏電の発生を検出することである。この構成では、高電位である給電ラインの電位を検出することないため、検出回路が簡略化できる。また、コストダウンによる利点も大きい。

なお、上述した実施形態では、インバータ２０の制御ＧＮＤ２４の接地電位を測定しているが、これに代えて、他の電力変換素子の制御ＧＮＤの接地電位を測定してもよい。例えば、直流電源１０から出力される電位が十分に高圧でない場合には、直流電源１０とインバータ２０の間には昇圧コンバータが設けられ、直流電流１０からの電圧が昇圧された後にインバータ２０に供給される。給電系統に漏電が発生した場合には、昇圧コンバータの制御ＧＮＤに漏電電流が流れるため、昇圧コンバータの制御ＧＮＤの接地電位を監視することで漏電を検出してもよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、等価な範囲で様々な変形が可能である。

例えば、上述した実施形態では、ハイブリッド自動車を一例として説明したが、本発明は、モータのみを駆動源とする電気自動車に採用されてもよい。

本実施形態に係るモータへの給電系統の構成を示す概略図である。本実施形態に係る漏電検出処理を示すフローチャートである。漏電発生時の制御ＧＮＤ間の電位差の変動を説明するための説明図である。

符号の説明

１０直流電源、１２給電ライン、２０インバータ、２２給電ライン、２４制御ＧＮＤ、３０同期モータ、４０コントロールユニット、４４制御ＧＮＤ。

Claims

車両を駆動するモータ駆動機構において、電力変換素子を含む給電系統からの漏電を検出する漏電検出装置であって、
前記インバータの接地電位を測定する電位測定手段と、
前記インバータの接地電位に基づき、前記給電系統における漏電を検出する漏電検出手段と、
を備えたことを特徴とする車両の漏電検出装置。
請求項１に記載の漏電検出装置であって、
前記電位測定手段は、前記電力変換素子が収納されるケースの接地個所の電位を測定することを特徴とする車両の漏電検出装置。
請求項１又は２に記載の車両の漏電検出装置であって、
前記電力変換素子は、前記モータに供給する交流電流を生成するインバータであることを特徴とする車両の漏電検出装置。
請求項１又は２に記載の車両の漏電検出装置であって、
前記電力変換素子は、電源電圧を昇圧する昇圧コンバータであることを特徴とする車両の漏電検出装置。