JP2007020364A

JP2007020364A - 車両用地絡検出装置

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Publication number: JP2007020364A
Application number: JP2005201586A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Morita; 剛森田; Shinsuke Nakazawa; 慎介中澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2025-07-11
Also published as: JP4830376B2; US7292042B2; US20070008666A1

Abstract

【課題】地絡の発生を検出すると共に、当該地絡の発生の原因を判別する車両用地絡検出装置を提供する。
【解決手段】カップリングコンデンサＣ１の一端側に高電圧バッテリ２の出力端子を接続し、地絡検知時に、カップリングコンデンサＣ１の他端側となる測定点に、パルス信号を印加し、測定点に発生する電圧値を検出して、高電圧バッテリ２、電気機器ユニット３の地絡を判定する。また、地絡原因を判別するために、車両制御部５及び外部検査装置６は、矩形波パルス発生部２１で発生するパルス信号の発振周波数を変更して測定点Ａに印加させて、Ａ／Ｄ変換部２２により検出された電圧振幅値の変化から、高電圧バッテリ２、電気機器ユニット３のインピーダンスの変化量に応じた地絡発生の原因として、Ｒ地絡、Ｃ地絡の何れかであるかを判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電気自動車に設けられた高電圧電源や各種電気機器と車体との地絡の発生を検出する車両用地絡検出装置に関する。

通常、電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド電気自動車等の電気車両においては、高電圧電池に接続された高電圧回路と、車体を接地とした車両電装回路とが絶縁されている。そして、従来より、高電圧電源の地絡判定を行う地絡検出装置としては、下記の特許文献１に記載されているような地絡検出装置が知られている。

この特許文献１に記載された地絡検出装置は、直流電源のプラス端子にカップリングコンデンサの一端を接続し、カップリングコンデンサの他端の測定点に所定周波数の方形波パルスを印加して、測定点に発生する電圧を検出することによって、直流電源の地絡の発生を検出している。
特開平２００３−２５０２０１号公報

しかしながら、上述した従来の地絡検出装置は、地絡が発生したことは検出できるが、地絡の原因を判別することはできなかった。

具体的には、例えば電源ハーネスを含む高電圧回路が車体に直接接触することによって地絡が発生する場合と、高電圧回路と車体との間に雨水等の水分が侵入し、水分を介して地絡が発生する場合とがあり、従来の地絡検出装置では、何れの原因によって地絡が発生したのかを判別できなかった。

この為、地絡が発生したことにより必要な修理作業において、地絡の原因を特定することが困難であり、地絡発生原因に応じた適切な作業が困難なものとなっていた。

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、地絡の発生を検出すると共に、当該地絡の発生の原因を判別することができる車両用地絡検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、カップリングコンデンサの一端側に電源の出力端子を接続し、カップリングコンデンサの他端側となる測定点に、パルス信号を印加し、測定点に発生する電圧値を検出して、電源に接続された回路の地絡を判定する車両用地絡検出装置において、所定の発振周波数のパルス信号を測定点に印加するパルス発生手段と、パルス発生手段によって測定点にパルス信号を印加させた場合に、当該測定点に発生する電圧振幅値を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段により検出された電圧振幅値の変化から、回路の地絡発生を検知する地絡検知手段とを備え、上述の課題を解決するために、地絡原因判別手段は、パルス発生手段で発生するパルス信号の発振周波数を変更して測定点に印加させて、電圧検出手段により検出された発振周波数の変更前と変更後とでの電圧振幅値の変化から、地絡発生の原因を判別する。

本発明によれば、パルス信号の発振周波数を変更して測定点に印加した場合、地絡原因によって電圧振幅値が変化することを利用して、電圧検出手段により検出された電圧振幅値の変化から、地絡発生の原因を判別することができるので、当該電圧振幅値から地絡の発生を検出すると共に、当該地絡の発生の原因を判別することができる。

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。

本発明は、例えば図１に示すように構成された車両電装システムの地絡検出装置１に適用される。

［車両電装システムの構成］
この車両電装システムは、地絡検出装置１により、高電圧バッテリ２、複数の電気機器ユニット３Ａ、３Ｂ、３Ｃ（以下、総称する場合には、単に「電気機器ユニット３」と呼ぶ。）、高電圧バッテリ２と電気機器ユニット３とを接続するハーネスを含む強電系回路（以下、単に「強電系」とも記載する。）に地絡が発生したことを判定すると共に、当該地絡発生の原因を判別するものである。本例において、電気機器ユニット３は、例えばモータや空調装置等のインバータが挙げられる。

電気機器ユニット３は、スイッチ回路が導通状態である時に、高電圧バッテリ２からの直流電圧をスイッチング制御して、モータ等に交流電圧を供給するものである。この電気機器ユニット３は、電気車両の駆動力発生要求に応じて、高電圧バッテリ２からモータ等に電力供給を行う。この電気機器ユニット３は、電気車両内の強電系回路よりも低電圧系の弱電系回路（以下、単に「弱電系」とも記載する。）である電装部品との間が絶縁抵抗によって絶縁されている。

高電圧バッテリ２は、電気機器ユニット３に電力供給するために、電気機器ユニット３のそれぞれと接続されている。高電圧バッテリ２のプラス端子には、スイッチ回路４Ａが接続され、高電圧バッテリ２のマイナス端子には、スイッチ回路４Ｄが接続されている。また、高電圧バッテリ２は、スイッチ回路４Ａを介して電気機器ユニット３Ａのプラス端子と接続され、スイッチ回路４Ａ及びスイッチ回路４Ｂを介して電気機器ユニット３Ｂのプラス端子と接続され、スイッチ回路４Ａ及びスイッチ回路４Ｃを介して電気機器ユニット３Ｃのプラス端子と接続されている。更に、高電圧バッテリ２は、スイッチ回路４Ｄを介して電気機器ユニット３Ａ、電気機器ユニット３Ｂ、電気機器ユニット３ｃのマイナス端子と接続されている。これらスイッチ回路４Ａ、スイッチ回路４Ｂ、スイッチ回路４Ｃ、スイッチ回路４Ｄは、車両制御部５の制御信号によって開閉動作する。

車両制御部５は、地絡発生の診断時に、地絡検出装置１に地絡検知命令を出力すると共に、スイッチ回路４Ａ〜スイッチ回路４Ｄの開閉を制御する。そして、車両制御部５は、地絡検知命令を出力したことに対して地絡検出装置１で地絡の発生を検知していない場合には、その旨を示す地絡有無信号を外部検査装置６に出力する。一方、車両制御部５は、地絡検知命令を出力したことに対して地絡検出装置１から地絡有無信号を入力した場合には、地絡発生を通知する地絡有無信号を外部検査装置６に出力する。

外部検査装置６は、車両の地絡発生の診断時に、作業者によって車載の車両制御部５と接続される。この外部検査装置６は、地絡原因を判別するに際して、診断周波数変更命令を車両制御部５に出力する。そして、当該診断周波数変更命令に応じて入力した地絡有無信号によって、地絡発生の原因を特定する。また、外部検査装置６は、表示部６ａを備え、地絡発生の有無情報、地絡箇所情報、地絡原因を表す地絡種別情報等を作業者に提示する。

地絡検出装置１は、高電圧バッテリ２，電気機器ユニット３側の強電系と、弱電系とが地絡していることを検出するために、高電圧バッテリ２の絶縁抵抗値を検出する。具体的には、地絡検出装置１は、高電圧バッテリ２のプラス側出力端（＋）と接続するカップリングコンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１と、制御回路１１とを有している。なお、本実施例においては、カップリングコンデンサＣ１を高電圧バッテリ２のプラス側出力端（＋）に接続しているが、マイナス側出力端（−）に接続していても良い。

制御回路１１は、抵抗Ｒ１とカップリングコンデンサＣ１との間であって、カップリングコンデンサＣ１の一端側（測定点Ａ）に矩形波の電圧信号であるパルス信号を供給するパルス発生手段、当該測定点Ａに発生する電圧を測定する電圧検出手段として機能する。また、制御回路１１は、該測定点Ａに発生する電圧を検出して、強電系の地絡を判定する。この制御回路１１は、パルス信号を出力する矩形波パルス発生部２１と、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との測定点Ａに発生する電圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部２２と、制御中枢となるＣＰＵ等の地絡検知部２３を備えている。

この地絡検知部２３は、強電系における地絡発生、地絡原因、地絡箇所を判定するに際して、矩形波パルス発生部２１からパルス信号を発振させて、パルス信号に対するＡ／Ｄ変換部２２により入力する電圧振幅値の変化を読み取る。この地絡検知部２３で検出された地絡検知信号は、車両制御部５に送信される。また、地絡検知部２３には、図示しないメモリが備えられており、当該メモリに、Ａ／Ｄ変換部２２にて測定された電圧振幅値と比較されて地絡発生の有無を判定する地絡発生判定値、パルス信号の発振周波数を上昇させて地絡原因を特定するための高周波数用地絡原因判定値、及び、パルス信号の発振周波数を低下させて地絡原因を特定するための低周波数用地絡原因判定値を記憶している。

ここで、強電系に地絡が発生している場合には、パルス信号を矩形波パルス発生部２１で発生させても、地絡が発生していない時のパルス信号の電圧振幅値よりも、Ａ／Ｄ変換部２２で入力する電圧振幅値が小さくなってしまう。従って、地絡検知部２３では、Ａ／Ｄ変換部２２で入力した電圧振幅値と、メモリに記憶しておいた所定の地絡発生判定値とを比較して、強電系に地絡が発生しているか否かを表す地絡検知信号を車両制御部５に出力する。

また、車両電装システムは、地絡の発生を検出した場合には、矩形波パルス発生部２１で発生させるパルス信号の発振周波数を低くしてＡ／Ｄ変換部２２で入力する電圧振幅値と低周波数用地絡原因判定値とを比較すると共に、矩形波パルス発生部２１で発生させるパルス信号の発振周波数を高くしてＡ／Ｄ変換部２２で入力する電圧振幅値と高周波数用地絡原因判定値とを比較して、地絡発生の原因を特定する。

なお、矩形波パルス発生部２１から発振するパルス信号の発振周波数は、電気機器ユニット３が発生するスイッチング周波数などよりも低い周波数であれば良く、更には、電気機器ユニット３以外の交流回路よりも低い周波数であって、車両電装システムで使用されていないような低い周波数であれば良く、例えば５〜２０Ｈｚ程度とされる。地絡検出装置１と電気機器ユニット３とが電気的に接続されているために、電気機器ユニット３から地絡検出装置１には、電気機器ユニット３であるインバータのスイッチングノイズ等の高周波ノイズが流入するためである。なお、電気機器ユニット３に接続されたモータが三相交流モータからなる場合には、通常、１００ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚオーダの高周波ノイズが地絡検出装置１に流入することになるので、当該周波数帯よりも低い発振周波数を使用する。

「地絡原因を判別する原理」
つぎに、本発明を適用した車両電装システムによって、地絡原因が判別できることについて説明する。

上述の車両電装システムにおいて、地絡が発生する場面としては、図２で地絡発生部３０として示すように、強電系において高電圧バッテリ２や電気機器ユニット３と車体とが直接若しくは導電性異物を介して接触して、高電圧バッテリ２や電気機器ユニット３が抵抗ＲＬを介して接地するＲ地絡が発生する場合や、高電圧バッテリ２や電気機器ユニット３と車体との間に水分などが満たされて、高電圧バッテリ２や電気機器ユニット３がコンデンサＣＬを介して接地するＣ地絡が発生する場合がある。

Ｒ地絡は、図３（Ａ）に示すように、強電系と地絡検出装置１側の弱電系との間に導電性の異物が存在して、抵抗ＲＬが存在することと等価であり、当該抵抗ＲＬを介して地絡が発生する現象である。また、Ｃ地絡は、図３（Ｂ）に示すように、強電系と地絡検出装置１側の弱電系との間に、導電性が小さく誘電率を有する異物が混入して、コンデンサＣＬが存在することと等価であり、当該コンデンサＣＬを介して地絡が発生する現象である。

地絡が発生していない時の測定点Ａから制御回路１１側である地絡検出装置１側のインピーダンスＺ１は、「抵抗Ｒ１」となるのに対して、地絡が発生していない時の測定点Ａよりも車両側のインピーダンスＺ２は、∞（無限大）となる。したがって、地絡が発生していない場合、地絡検出装置１側のインピーダンスＺ１と車両側のインピーダンスＺ２との比は、下記の式１に示すように、
Ｚ１：Ｚ２＝Ｒ１：∞ （式１）
となる。

Ｒ地絡が発生した場合、車両側のインピーダンスＺ２は、地絡抵抗ＲＬが加わって、ＲＬ＋１／２πｆＣ１となり、地絡検出装置１側のインピーダンスＺ１と車両側のインピーダンスＺ２との比は、下記の式２に示すように、
Ｚ１：Ｚ２＝Ｒ１：ＲＬ＋１／２πｆＣ１（式２）
となる。すなわち、Ｒ地絡が発生した場合、パルス信号の発振周波数に影響するのは、カップリングコンデンサＣ１に基づくインピーダンス（１／２πｆＣ１）のみとなる。

また、Ｃ地絡が発生した時の車両側のインピーダンスＺ２は、地絡容量ＣＬが加わって、１／２πｆＣＬ＋１／２πｆＣ１となり、地絡検出装置１側のインピーダンスＺ１と車両側のインピーダンスＺ２との比は、下記の式３に示すように、
Ｚ１：Ｚ２＝Ｒ１：１／２πｆＣＬ＋１／２πｆＣ１（式３）
となる。すなわち、Ｃ地絡が発生した場合、パルス信号の発振周波数に影響するのは、カップリングコンデンサＣ１に基づくインピーダンス（１／２πｆＣ１）に加えて、地絡容量ＣＬに基づくインピーダンス（１／２πｆＣＬ）が発生する。

このように、地絡発生の有無及び地絡発生原因によってインピーダンスＺ２が変化する為、図４（Ａ）に示すように、地絡が発生していない場合には、Ａ／Ｄ変換部２２で検出する測定点Ａのパルス信号は、正常振幅値Ｖとなる一方で、Ｒ地絡又はＣ地絡の何れが発生した場合、Ａ／Ｄ変換部２２で検出する測定点Ａのパルス信号は、地絡が発生していない時の車両側のインピーダンスＺ２よりも、地絡が発生した時の車両側のインピーダンスＺ２が大きくなり、測定点Ａのパルス信号は、正常振幅値Ｖよりも小さい地絡検出振幅値Ｖ１となる。

地絡が発生した場合、Ｒ地絡とＣ地絡とでは、式２と式３のようにインピーダンスＺ２の相違があることから、図５に示すように、測定点Ａに与えられる発振周波数に応じたインピーダンスの変化の仕方が異なる。

Ｃ地絡の場合、基本となる発振周波数ｆ１（例えば１０Ｈｚ）より低い発振周波数ｆ２（例えば５Ｈｚ）が測定点Ａに与えられると、式３における１／２πｆＣＬ＋１／２πｆＣ１が影響して車両側のインピーダンスＺ２が、Ｚ１１からＺ１２に低くなる。また、Ｒ地絡の場合、基本となる発振周波数ｆ１より低い発振周波数ｆ２が測定点Ａに与えられると、式２における１／２πｆＣ１が影響して車両側のインピーダンスＺ２が、Ｚ１１からＺ１３に低くなる。このように、発振周波数がｆ１からｆ２と低くなると、Ｒ地絡した時のインピーダンスＺ２の変化幅（Ｚ１１−Ｚ１２）が、Ｃ地絡した時のインピーダンスＺ２の変化幅（Ｚ１１−Ｚ１３）よりも大きくなる。

したがって、図４（Ｂ）に示すように、車両側のインピーダンスＺ２がＺ１２となるＲ地絡が発生した場合に、測定点Ａに現れるパルス信号は、低周波数用地絡原因判定値Ｖｌ２よりも低い地絡検出振幅値Ｖｒｌとなり、一方、車両側のインピーダンスＺ２がＺ１３となるＣ地絡が発生した場合に、測定点Ａに現れるパルス信号は、低周波数用地絡原因判定値Ｖｌ２よりも高い地絡検出振幅値Ｖｃｌとなる。すなわち、発振周波数をｆ２と低くした時の地絡検出振幅値Ｖｃｌ＞低周波数用地絡原因判定値Ｖｌ２＞発振周波数をｆ２と低くした時の地絡検出振幅値Ｖｒｌの関係となる。これにより、車両電装システムは、発振周波数をｆ１からｆ２に低くしたときに、測定点Ａに現れるパルス信号の振幅値が、低周波数用地絡原因判定値Ｖｌ２よりも低い場合にはＲ地絡であると判別でき、低周波数用地絡原因判定値Ｖｌ２よりも高い場合にはＣ地絡であると判別できる。

一方、図５に示すように、Ｃ地絡の場合、基本となる発振周波数ｆ１より高い発振周波数ｆ３（例えば２０Ｈｚ）が測定点Ａに与えられると、式３における１／２πｆＣＬ＋１／２πｆＣ１が影響して車両側のインピーダンスＺ２が、Ｚ１１からＺ１４に高くなる。また、Ｒ地絡の場合、基本となる発振周波数ｆ１より高い発振周波数ｆ３が測定点Ａに与えられると、式２における１／２πｆＣ１が影響して車両側のインピーダンスＺ２が、Ｚ１１からＺ１５に高くなる。このように、発振周波数がｆ１からｆ３と高くなると、Ｒ地絡した時のインピーダンスＺ２の変化幅（Ｚ１５−Ｚ１１）が、Ｃ地絡した時のインピーダンスＺ２の変化幅（Ｚ１４−Ｚ１１）よりも大きくなる。

したがって、図４（Ｃ）に示すように、車両側のインピーダンスＺ２がＺ１５となるＲ地絡が発生した場合に、測定点Ａに現れるパルス信号は、高周波数用地絡原因判定値Ｖｈ２よりも高い地絡検出振幅値Ｖｒｈとなり、一方、車両側のインピーダンスＺ２がＺ１４となるＣ地絡が発生した場合に、測定点Ａに現れるパルス信号は、高周波数用地絡原因判定値Ｖｈ２よりも低い地絡検出振幅値Ｖｃｈとなる。すなわち、発振周波数をｆ３と高くした時の地絡検出振幅値Ｖｒｈ＞高周波数用地絡原因判定値Ｖｈ２＞発振周波数をｆ３と高くした時の地絡検出振幅値Ｖｃｈの関係となる。これにより、車両電装システムは、発振周波数をｆ１からｆ３に高くしたときに、測定点Ａに現れるパルス信号の振幅値が、高周波数用地絡原因判定値Ｖｈ２よりも高い場合にはＲ地絡である判別でき、高周波数用地絡原因判定値Ｖｈ２よりも低い場合にはＣ地絡であると判別できる。

「地絡発生した箇所を特定する原理」
つぎに、本発明を適用した車両電装システムによって、地絡の発生した箇所が判別できることについて説明する。

上述の車両電装システムにおいて、地絡が発生する箇所としては、図６における高電圧バッテリ２、各電気機器ユニット３、高電圧バッテリ２と電気機器ユニット３とを接続するハーネスなどが挙げられる。これに対し、車両電装システムは、図６に示すように、高電圧バッテリ２と各電気機器ユニット３とを接続するハーネスに、車両制御部５によって開閉動作されるスイッチ回路４Ａ、スイッチ回路４Ｂ、スイッチ回路４Ｃ、スイッチ回路４Ｄを設けている。

このように構成された車両電装システムは、図６に示すように電気機器ユニット３Ｂと車体との間にＲ地絡が発生した状態と、電気機器ユニット３Ｃと車体との間にＣ地絡が発生した状態と、地絡が発生していない電気機器ユニット３Ａとを区別して検出できる。このために、車両電装システムは、図７に示すように、スイッチ回路４Ａ、スイッチ回路４Ｂ、スイッチ回路４Ｃ、スイッチ回路４Ｄのオン状態、オフ状態を切り替えることにより、車両電装システムのどの箇所に地絡が発生しているかを特定できる。

高電圧バッテリ２からスイッチ回路４Ａ、４Ｄ間の地絡（以下、これを高電圧バッテリ２の地絡と記載する）発生の有無を検知する時には、スイッチ回路４Ａ、スイッチ回路４Ｂ、スイッチ回路４Ｃ、スイッチ回路４Ｄの全てをオフ状態にして、地絡検出装置１と高電圧バッテリ２のみが接続された状態とする。これにより、地絡検出装置１で地絡発生を検知した場合には、地絡発生箇所が高電圧バッテリ２であることを特定できる。

また、高電圧バッテリ２に地絡が発生していないことを検知した後に、電気機器ユニット３Ａの地絡発生の有無を検知する場合には、スイッチ回路４Ａのみをオン状態にして、地絡検出装置１で地絡を検知する。更に、電気機器ユニット３Ｂの地絡発生の有無を検知する場合には、スイッチ回路４Ａ及びスイッチ回路４Ｂをオン状態にして、地絡検出装置１で地絡を検知する。更に、電気機器ユニット３Ｃの地絡発生の有無を検知する場合には、スイッチ回路４Ａ及びスイッチ回路４Ｃをオン状態にして、地絡検出装置１で地絡を検知する。

このように、車両電装システムは、車両制御部５からスイッチ回路４Ａ〜４Ｄの開閉状態を図７に示す組み合わせで制御することによって、高電圧バッテリ２、電気機器ユニット３Ａ〜３Ｄの何れかの箇所で地絡が発生したかを検知できる。

［車両電装システムの地絡発生原因、地絡発生箇所の検出処理］
つぎに、上述したように構成された車両電装システムにおいて、地絡発生の有無、地絡発生原因及び地絡発生箇所を検出する一連の処理について、図８及び図９を参照して説明する。

この車両電装システムは、先ず、地絡診断を行う作業者などによって、車両制御部５に外部検査装置６が接続されると、ステップＳＴ１において、外部検査装置６から車両制御部５に地絡の診断命令が供給され、ステップＳＴ２において、地絡検出装置１によって地絡診断を開始させるために、車両制御部５から地絡検出装置１に、通常の地絡発生の有無のみを診断するための地絡検知命令を供給する。また、このステップＳＴ２において、車両制御部５は、強電系全体において地絡が発生しているか否かを診断させるために、スイッチ回路４Ａ〜４Ｄの全てをオン状態に制御する。

次のステップＳＴ３において、地絡検出装置１は、車両制御部５からの地絡検知命令を受け、地絡検知部２３によって矩形波パルス発生部２１から所定の発振周波数ｆ１（例えば１０Ｈｚ）の矩形波パルス信号を測定点Ａに向かって出力させ、Ａ／Ｄ変換部２２によってパルス信号を入力する。そして、地絡検知部２３は、Ａ／Ｄ変換部２２で入力したパルス信号の電圧値の振幅Ｖ１が、所定の地絡検出振幅値Ｖよりも低いか否かを判定する。パルス信号の電圧値の振幅Ｖ１が、所定の地絡検出振幅値Ｖよりも低い場合には、地絡発生を検知したことを示す地絡検知信号を車両制御部５に供給してステップＳＴ５に処理を進め、そうでない場合にはその旨を示す地絡検知信号を車両制御部５に供給して、処理をステップＳＴ４に進める。

ステップＳＴ４において、車両制御部５は、強電系のどの箇所にも地絡が発生していないことを示す地絡有無信号を外部検査装置６に出力し、外部検査装置６は、表示部６ａに、「地絡異常なし」を示す表示を行って、処理を終了する。

一方、車両制御部５は、ステップＳＴ５において、地絡発生している箇所を特定する処理を開始し、ステップＳＴ６において、先ず高電圧バッテリ２の地絡発生の有無を診断するために、スイッチ回路４Ａ〜４Ｄを全てオフ状態に制御する。

次のステップＳＴ７において、地絡検出装置１は、車両制御部５からの地絡検知命令を受けて、所定の発振周波数ｆ１の矩形波パルス信号を測定点Ａに向かって出力させ、パルス信号を入力する。そして、地絡検知部２３は、入力したパルス信号の電圧値の振幅Ｖ１が、所定の地絡検出振幅値Ｖよりも低いか否かを判定する。パルス信号の電圧値の振幅Ｖ１が、所定の地絡検出振幅値Ｖよりも低い場合には、高電圧バッテリ２が地絡しているので、処理をステップＳＴ８に処理を進め、そうでない場合には、ステップＳＴ１０に処理を進める。

高電圧バッテリ２の地絡が発生していると判定した場合、ステップＳＴ８において、車両制御部５は、高電圧バッテリ２に地絡発生が有る旨の地絡有無信号を外部検査装置６に供給し、外部検査装置６は、図９の地絡原因判別処理に移行させる。

この地絡原因判別処理は、先ず図９のステップＳＴ３１において、外部検査装置６から車両制御部５に、発振周波数をｆ１からｆ２に低下させる診断周波数変更命令を供給し、この診断周波数変更命令は、車両制御部５から地絡検知部２３に供給される。

次に地絡検知部２３は、ステップＳＴ３２において、発振周波数ｆ１よりも低い発振周波数ｆ２の矩形波パルス信号を矩形波パルス発生部２１から測定点Ａに与えさせ場合に、図４（Ｂ）に示すように、Ａ／Ｄ変換部２２で入力したパルス信号の振幅値が、低周波数用地絡原因判定値Ｖｌ２よりも大きいか否かを判定する。パルス信号の振幅値が低周波数用地絡原因判定値Ｖｌ２よりも大きいと判定した場合には、ステップＳＴ３３において高電圧バッテリ２にＣ地絡が発生していると記憶し、そうでない場合には、ステップＳＴ３４において高電圧バッテリ２にＲ地絡が発生していると記憶して、ステップＳＴ３５に処理を進める。

次のステップＳＴ３５において、外部検査装置６から車両制御部５に、発振周波数をｆ３に上昇させる診断周波数変更命令を供給し、この診断周波数変更命令は、車両制御部５から地絡検知部２３に供給される。

次に地絡検知部２３は、ステップＳＴ３６において、発振周波数ｆ１よりも高い発振周波数ｆ３の矩形波パルス信号を矩形波パルス発生部２１から測定点Ａに与えた場合に、図４（Ｃ）に示すように、Ａ／Ｄ変換部２２で入力したパルス信号の振幅値が、高周波数用地絡原因判定値Ｖｈ２よりも小さいか否かを判定する。パルス信号の振幅値が高周波数用地絡原因判定値Ｖｈ２よりも小さいと判定した場合には、ステップＳＴ３７において高電圧バッテリ２にＣ地絡が発生していると記憶し、そうでない場合には、ステップＳＴ３８において高電圧バッテリ２にＲ地絡が発生していると記憶して、ステップＳＴ３９に処理を進める。

ステップＳＴ３９において、車両制御部５は、ステップＳＴ３２〜３４で取得した低い発振周波数ｆ２に対するパルス信号の振幅値とＲ地絡又はＣ地絡かを判別する値、及び、ステップＳＴ３６〜３８で取得した高い発振周波数ｆ３に対するパルス信号の振幅値とＲ地絡又はＣ地絡かを判別する値を外部検査装置６に送信して、図８のステップＳＴ９に処理を戻す。

ステップＳＴ９において、外部検査装置６は、ステップＳＴ８で供給された地絡有無信号に基づいて、「地絡箇所」として高電圧バッテリ２と表示し、ステップＳＴ３９で送信された各発振周波数ｆ２，ｆ３に対するパルス信号の振幅値とＲ地絡又はＣ地絡かを判別する値から、Ｒ地絡かＣ地絡かの「地絡種別」及び当該地絡種別を判別した時のパルス信号の振幅値、発振周波数ｆ２，ｆ３の値を表示して、処理を終了する。

次に、ステップＳＴ７で高電圧バッテリ２の地絡が発生していないと判定されたステップＳＴ１０においては、次にスイッチ回路４Ａのみをオン状態にして、所定の発振周波数ｆ１の矩形波パルス信号を測定点Ａに向かって出力させて、Ａ／Ｄ変換部２２で入力したパルス信号の振幅値から、ステップＳＴ１１において、電気機器ユニット３Ａに地絡が発生しているか否かを判定する。

電気機器ユニット３Ａの地絡が発生していると判定した場合、ステップＳＴ１２において、車両制御部５は、電気機器ユニット３Ａに地絡発生が有る旨の地絡有無信号を外部検査装置６に供給し、外部検査装置６は、図９の地絡原因判別処理に移行させる。この地絡原因判別処理は、対象を電気機器ユニット３Ａとした他は上述のステップＳＴ８と同様にステップＳＴ３１〜ステップＳＴ３９の処理を行うことにより、所定の発振周波数ｆ１よりも低い発振周波数ｆ２の矩形波パルス信号を測定点Ａに与えた時にＡ／Ｄ変換部２２で入力するパルス信号の振幅値からＲ地絡又はＣ地絡の何れかが発生しているかを判別し、更に、所定の発振周波数ｆ１よりも高い発振周波数ｆ３の矩形波パルス信号を測定点Ａに与えた時にＡ／Ｄ変換部２２で入力するパルス信号の振幅値からＲ地絡又はＣ地絡の何れかが発生しているかを判別して、それぞれの発振周波数とパルス信号の振幅値とＲ地絡又はＣ地絡かを示す記録値を外部検査装置６に供給する。

次のステップＳＴ１３においては、ステップＳＴ９と同様に、ステップＳＴ１２で供給された地絡有無信号に基づいて、「地絡箇所」として電気機器ユニット３Ａと表示し、ステップＳＴ３９で送信された各発振周波数ｆ２，ｆ３に対するパルス信号の振幅値とＲ地絡又はＣ地絡かを判別する値から、Ｒ地絡かＣ地絡かの「地絡種別」及び当該地絡種別を判別した時のパルス信号の振幅値、発振周波数ｆ２，ｆ３の値を表示して、処理を終了する。

次に、ステップＳＴ１１で電気機器ユニット３Ａの地絡が発生していないと判定されたステップＳＴ１４においては、次にスイッチ回路４Ａに加えて、スイッチ回路４Ｂをオン状態にして、所定の発振周波数ｆ１の矩形波パルス信号を測定点Ａに向かって出力させて、ステップＳＴ１５において、Ａ／Ｄ変換部２２で入力したパルス信号の振幅値から、電気機器ユニット３Ｂに地絡が発生しているか否かを判定する。

電気機器ユニット３Ｂの地絡が発生していると判定した場合、ステップＳＴ１６において、車両制御部５は、電気機器ユニット３Ｂに地絡発生が有る旨の地絡有無信号を外部検査装置６に供給し、外部検査装置６は、図９の地絡原因判別処理に移行させる。この地絡原因判別処理は、対象を電気機器ユニット３Ｂとした他は上述のステップＳＴ８と同様にステップＳＴ３１〜ステップＳＴ３９の処理を行うことにより、所定の発振周波数ｆ１よりも低い発振周波数ｆ２の矩形波パルス信号を測定点Ａに与えた時にＡ／Ｄ変換部２２で入力するパルス信号の振幅値からＲ地絡又はＣ地絡の何れかが発生しているかを判別し、更に、所定の発振周波数ｆ１よりも高い発振周波数ｆ３の矩形波パルス信号を測定点Ａに与えた時にＡ／Ｄ変換部２２で入力するパルス信号の振幅値からＲ地絡又はＣ地絡の何れかが発生しているかを判別して、それぞれの発振周波数とパルス信号の振幅値とＲ地絡又はＣ地絡かを示す記録値を外部検査装置６に供給する。

次のステップＳＴ１７においては、ステップＳＴ９と同様に、ステップＳＴ１６で供給された地絡有無信号に基づいて、「地絡箇所」として電気機器ユニット３Ｂと表示し、ステップＳＴ３９で送信された各発振周波数ｆ２，ｆ３に対するパルス信号の振幅値とＲ地絡又はＣ地絡かを判別する値から、Ｒ地絡かＣ地絡かの「地絡種別」及び当該地絡種別を判別した時のパルス信号の振幅値、発振周波数ｆ２，ｆ３の値を表示して、処理を終了する。

次に、ステップＳＴ１１で電気機器ユニット３Ｂの地絡が発生していないと判定されたステップＳＴ１８においては、次にスイッチ回路４Ｂをオフ状態に制御し、スイッチ回路４Ａに加えて、スイッチ回路４Ｃをオン状態にして、所定の発振周波数ｆ１の矩形波パルス信号を測定点Ａに向かって出力させて、ステップＳＴ１９において、Ａ／Ｄ変換部２２で入力したパルス信号の振幅値から、電気機器ユニット３Ｃに地絡が発生しているか否かを判定する。

電気機器ユニット３Ｃの地絡が発生していると判定した場合、ステップＳＴ２０において、車両制御部５は、電気機器ユニット３Ｃに地絡発生が有る旨の地絡有無信号を外部検査装置６に供給し、外部検査装置６は、図９の地絡原因判別処理に移行させる。この地絡原因判別処理は、対象を電気機器ユニット３Ｃとした他は上述のステップＳＴ８と同様にステップＳＴ３１〜ステップＳＴ３９の処理を行うことにより、所定の発振周波数ｆ１よりも低い発振周波数ｆ２の矩形波パルス信号を測定点Ａに与えた時にＡ／Ｄ変換部２２で入力するパルス信号の振幅値からＲ地絡又はＣ地絡の何れかが発生しているかを判別し、更に、所定の発振周波数ｆ１よりも高い発振周波数ｆ３の矩形波パルス信号を測定点Ａに与えた時にＡ／Ｄ変換部２２で入力するパルス信号の振幅値からＲ地絡又はＣ地絡の何れかが発生しているかを判別して、それぞれの発振周波数とパルス信号の振幅値とＲ地絡又はＣ地絡かを示す記録値を外部検査装置６に供給する。

次のステップＳＴ２１においては、ステップＳＴ９と同様に、ステップＳＴ１６で供給された地絡有無信号に基づいて、「地絡箇所」として電気機器ユニット３Ｃと表示し、ステップＳＴ３９で送信された各発振周波数ｆ２，ｆ３に対するパルス信号の振幅値とＲ地絡又はＣ地絡かを判別する値から、Ｒ地絡かＣ地絡かの「地絡種別」及び当該地絡種別を判別した時のパルス信号の振幅値、発振周波数ｆ２，ｆ３の値を表示して、処理を終了する。

次に、ステップＳＴ１９で電気機器ユニット３Ｃの地絡が発生していないと判定されたステップＳＴ２２においては、車両電装システムで診断対象とする高電圧バッテリ２、電気機器ユニット３Ａ〜３Ｃ以外の地絡によって、ステップＳＴ３で地絡発生が検知されたことを外部検査装置６で提示する。このとき、外部検査装置６は、「地絡箇所」として検査ユニット外であることを表示した上で、上述の高電圧バッテリ２、電気機器ユニット３Ａ〜３Ｃで得たパルス信号の振幅値、発振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３などを表示部６ａで表示させて、処理を終了する。

［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した車両電装システムによれば、矩形波パルス発生部２１から発生するパルス信号の発振周波数を変更して測定点Ａに印加させ、Ａ／Ｄ変換部２２で検出された電圧振幅値の変化から、強電系のインピーダンスの変化量に応じた地絡発生の原因を判別することができるので、Ｒ地絡か、Ｃ地絡かを、当該Ｒ地絡発生時とＣ地絡発生時とで測定点Ａから車両側におけるインピーダンスＺ２が異なることを利用して判別することができる。したがって、地絡発生後に地絡発生原因を特定した上でメンテナンス作業を行うことができる。

更に、この車両電装システムによれば、地絡検出装置１と高電圧バッテリ２、電気機器ユニット３Ａ〜３Ｃとの接続関係を切り替えるスイッチ回路４Ａ〜４Ｄを備えて、図７のように開閉動作を切り替えることにより、地絡発生箇所を特定することができる。したがって、地絡発生後に地絡発生原因、地絡発生箇所を特定した上でメンテナンス作業を行うことができる。

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。

すなわち、上述した実施形態では、図８において、外部検査装置６が車両制御部５に接続された場合に、地絡発生の有無、地絡原因の判別及び地絡箇所の特定を行う例について説明したが、これに限らず、例えば外部検査装置６を車両制御部５に常時接続し、車両起動時に外部検査装置６を起動させて、地絡原因の判別及び地絡箇所の特定を行ってもよいことは勿論である。このようにすれば、車両起動時には常に地絡の発生、地絡原因、地絡発生箇所を特定することができるため、強電系と車体との間に水分が侵入してＣ地絡が発生し、その後水分が蒸発して地絡原因が特定できなくなることを回避できる。

本発明を適用した車両電装システムの構成を示すブロック図である。本発明を適用した車両電装システムによって地絡原因を判別することを説明するためのブロック図である。強電系と弱電系との間に混入する異物による地絡原因の相違について説明する図であり、（Ａ）は導電物異物、（Ｂ）は誘電率を有する異物の例である。（Ａ）は地絡が発生した時のパルス信号の変化を示し、（Ｂ）は発振周波数を低くした時のパルス信号の変化を示し、（Ｃ）は発振周波数を高くした時のパルス信号の変化を示す図である。発振周波数と車両側のインピーダンスとの関係を示す図である。本発明を適用した車両電装システムによって地絡発生箇所を特定することを説明するためのブロック図である。強電系の高電圧バッテリ、電気機器ユニットごとに地絡発生箇所を診断するときのスイッチの開閉動作を示す図である。本発明を適用した車両電装システムにおいて、地絡発生原因及び地絡発生箇所を検出する一連の処理を示すフローチャートである。発振周波数を変更して、地絡原因を診断する処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１地絡検出装置
２高電圧バッテリ
３電気機器ユニット
４Ａ〜４Ｄスイッチ回路
５車両制御部
６外部検査装置
１１制御回路
２１矩形波パルス発生部
２２Ａ／Ｄ変換部
２３地絡検知部

Claims

カップリングコンデンサの一端側に電源の出力端子を接続し、前記カップリングコンデンサの他端側となる測定点に、パルス信号を印加し、前記測定点に発生する電圧値を検出して、前記電源に接続された回路の地絡を判定する車両用地絡検出装置において、
所定の発振周波数のパルス信号を前記測定点に印加するパルス発生手段と、
前記パルス発生手段によって前記測定点にパルス信号を印加させた場合に、当該測定点に発生する電圧振幅値を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された電圧振幅値の変化から、前記回路の地絡発生を検知する地絡検知手段と、
前記パルス発生手段で発生するパルス信号の発振周波数を変更して前記測定点に印加させて、前記電圧検出手段により検出された発振周波数の変更前と変更後とでの電圧振幅値の変化から、地絡発生の原因を判別する地絡原因判別手段と
を備えることを特徴とする車両用地絡検出装置。
前記地絡原因判別手段は、前記地絡検知手段が地絡発生を検知した場合に、当該所定の発振周波数とは異なる発振周波数のパルス信号を前記パルス発生手段で発生させて、地絡発生の原因を判別することを特徴とする請求項１に記載の車両用地絡検出装置。
前記回路は、前記電源に接続されて、当該電源からの電力供給を受けて動作する一又は複数の電気機器を含み、
前記電気機器ごとに前記カップリングコンデンサとの接続関係を切り替えて、前記地絡検出手段によって地絡発生を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用地絡検出装置。