JP2009150779A - Insulation detector for non-grounded circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の接地電位部から絶縁して配置された非接地回路と、車両の接地電位部間の絶縁レベルを検出する非接地回路の絶縁性検出装置に関する。 The present invention relates to an insulation detection device for a non-ground circuit that is insulated from a ground potential portion of a vehicle and a non-ground circuit that detects an insulation level between the ground potential portion of the vehicle.
高電圧を出力する直流電源を備えたバッテリ駆動車両、ハイブリッド車両、燃料電池車両等の車両においては、該直流電源及び該直流電源と接続される回路を車体の接地電位部から絶縁して非接地回路とするのが一般的である。 In vehicles such as battery-powered vehicles, hybrid vehicles, and fuel cell vehicles equipped with a DC power source that outputs high voltage, the DC power source and a circuit connected to the DC power source are insulated from the ground potential portion of the vehicle body and are not grounded Generally, it is a circuit.
そして、このようにして、車両の接地電位部から絶縁して配置された非接地回路と、車両の接地電位部との間の絶縁性の劣化や地絡(非接地回路と車両の接地電位部間が短絡して、非接地回路と車両の接地電位部間の抵抗が0Ω近くまで低下した状態)を検出するための構成として、図9に示した構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In this way, insulation deterioration between the non-ground circuit arranged insulated from the ground potential portion of the vehicle and the ground potential portion of the vehicle and a ground fault (non-ground circuit and ground potential portion of the vehicle) A configuration shown in FIG. 9 has been proposed as a configuration for detecting a short circuit between the non-ground circuit and the resistance between the non-ground circuit and the ground potential portion of the vehicle that has decreased to near 0Ω (for example, Patent Document 1). 1).
図9に示した構成では、車両に搭載された高圧の直流電源100の正側の配線が、スイッチング素子111と抵抗112とコンデンサ113からなる直列回路110を介して車両の接地電位部BEと接続されている。そして、スイッチング素子111を導通状態としたときのコンデンサ113の正側の測定点120の電位の変化に基いて、直流電源100を含む非接地回路と接地電位部BE間の絶縁性を検出している。
In the configuration shown in FIG. 9, the positive-side wiring of the high-voltage
ここで、非接地回路と接地電位部BE間の抵抗130が高く、非接地回路と接地電位部BE間の絶縁性が保たれているときは、スイッチング素子111を導通状態としても、直流電源100からコンデンサ113への電流I50がほとんど流れないため、測定点120の電位の上昇は微小なものとなる。
Here, when the
それに対して、非接地回路と接地電位部BE間の絶縁性の劣化や、非接地回路と接地電位部BE間の地絡が生じて、非接地回路と接地電位部BE間の抵抗130が低くなったときには、直流電流100からコンデンサ113に供給される電流I50が大きくなって、コンデンサ113が急速に充電される。そのため、測定点120の電位が急激に上昇する。そこで、スイッチング素子111を遮断状態から導通状態に切換えたときの測定点120の電位の上昇度合いから、非接地回路と接地電位部BE間の絶縁性を検知することができる。
On the other hand, the insulation between the non-ground circuit and the ground potential portion BE is deteriorated and a ground fault occurs between the non-ground circuit and the ground potential portion BE, so that the
しかし、直流高圧電源100の出力端子と接地電位部BE間には、一般に、ノイズ対策のために、いわゆるYコンデンサ101,102が設けられている。そして、スイッチング素子111を遮断状態から導通状態に切換えたときに、Yコンデンサ101に充電されていた電荷による電流I51がコンデンサ113に供給されて、コンデンサ113の端子間電圧が上昇する。
However, generally, so-called
このように、図9に示した構成による場合には、Yコンデンサ101からコンデンサ113に供給される電流によっても測定点120の電位が上昇するため、非接地回路と接地電位部BE間の絶縁性を精度良く検知することができないという不都合があった。
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、車両に搭載された非接地回路と接地電位部間の絶縁性を精度良く検知することができる非接地回路の絶縁性検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background, and provides an insulation detection device for a non-ground circuit that can accurately detect insulation between a non-ground circuit mounted on a vehicle and a ground potential portion. With the goal.
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、直流電源と該直流電源の正極と接続された正側配線及び該直流電源の負極と接続された負側配線とを有して、車両の接地電位部から絶縁して車両に配置された非接地回路と、該接地電位部との間の絶縁レベルを検出する非接地回路の絶縁性検出装置に関する。 The present invention has been made to achieve the above object, and includes a DC power supply, a positive wiring connected to the positive electrode of the DC power supply, and a negative wiring connected to the negative electrode of the DC power supply. The present invention relates to an insulation detection device for a non-ground circuit that detects an insulation level between a non-ground circuit disposed on a vehicle and insulated from a ground potential portion of the vehicle.
そして、一端が前記正側配線に接続されて、前記非接地回路と車両の接地電位部間の絶縁性を維持するための絶縁基準値よりも高い抵抗を有する第1の抵抗と、一端が前記負側配線に接続されて、前記絶縁基準値よりも高い抵抗を有する第2の抵抗と、前記第1の抵抗の他端と前記第2の抵抗の他端間に接続された第3の抵抗と、前記第1の抵抗と前記第3の抵抗との接続部と、前記第2の抵抗と前記第3の抵抗との接続部のうちの何れか一方を、車両の接地電位部に接続する接地配線と、前記第3の抵抗の端子間電圧に応じて変化する電圧参照値に基いて、前記非接地回路と車両の接地電位部間の絶縁レベルを検出する絶縁レベル検出手段とを備えたことを特徴とする。 A first resistor having one end connected to the positive-side wiring and having a resistance higher than an insulation reference value for maintaining insulation between the non-grounded circuit and the ground potential portion of the vehicle; A second resistor connected to the negative wiring and having a resistance higher than the insulation reference value, and a third resistor connected between the other end of the first resistor and the other end of the second resistor Any one of a connecting portion between the first resistor and the third resistor and a connecting portion between the second resistor and the third resistor is connected to a ground potential portion of the vehicle. Grounding wiring, and an insulation level detection means for detecting an insulation level between the non-grounding circuit and the ground potential portion of the vehicle based on a voltage reference value that changes in accordance with the voltage across the terminals of the third resistor. It is characterized by that.
かかる本発明によれば、前記第1の抵抗及び前記第2の抵抗は、前記絶縁基準値よりも高い抵抗を有しているため、前記第1の抵抗の前記直流電源の正極と接続されていない側の端子又は前記第2の抵抗の前記直流電源の負極と接続されていない側の端子を、前記接地配線により車両の接地電位部と接続しても、前記非接地回路と車両の接地電位部間の絶縁レベルは前記絶縁基準値以上に維持される。そして、前記第3の抵抗の端子間電圧は、前記非接地回路と車両の接地電位部間の絶縁レベルが低下していなければ、前記直流電源の出力電圧を前記第1の抵抗と前記第2の抵抗と前記第3の抵抗とにより分圧した電圧となるが、前記非接地回路と車両の接地電位部間の絶縁レベルが低下すると、詳細は後述するが、前記第1の抵抗における電圧降下や前記第2の抵抗における電圧降下が変化して、前記第3の抵抗の端子間電圧も変化する。そのため、Yコンデンサ等の他の要素の影響を受けることない簡易な構成によって、前記絶縁レベル検出手段により、前記第3の抵抗の端子間電圧に応じて変化する電圧参照値に基いて、前記非接地回路と車両の接地電位部間の絶縁レベルを精度良く検出することができる。 According to this invention, since the first resistor and the second resistor have a resistance higher than the insulation reference value, they are connected to the positive electrode of the DC power source of the first resistor. Even if the terminal on the side not connected or the terminal not connected to the negative electrode of the DC power source of the second resistor is connected to the ground potential part of the vehicle by the ground wiring, the non-ground circuit and the ground potential of the vehicle The insulation level between the parts is maintained above the insulation reference value. If the insulation level between the non-ground circuit and the ground potential portion of the vehicle is not lowered, the voltage between the terminals of the third resistor is equal to the output voltage of the DC power source and the second resistor. However, if the insulation level between the non-grounded circuit and the ground potential portion of the vehicle decreases, the voltage drop in the first resistor will be described in detail later. As a result, the voltage drop in the second resistor changes, and the voltage across the terminals of the third resistor also changes. Therefore, with the simple configuration that is not affected by other elements such as a Y capacitor, the insulation level detection means is configured to perform the non-reduction based on the voltage reference value that changes according to the voltage across the third resistor. It is possible to accurately detect the insulation level between the ground circuit and the ground potential portion of the vehicle.
また、前記接地配線は、前記第2の抵抗と前記第3の抵抗との接続部を、車両の接地電位部に接続し、前記絶縁レベル検出手段は、車両の接地電位部を基準とした前記電圧参照値が、所定の負側地絡判定値以上となったときに、前記負側配線と車両の接地電位部との間で地絡が生じていると判断することを特徴とする。 Further, the ground wiring connects a connection portion between the second resistor and the third resistor to a ground potential portion of a vehicle, and the insulation level detection means uses the ground potential portion of the vehicle as a reference. When the voltage reference value is equal to or greater than a predetermined negative-side ground fault determination value, it is determined that a ground fault has occurred between the negative-side wiring and the ground potential portion of the vehicle.
かかる本発明によれば、前記負側配線と車両の接地電位部間で地絡が生じると、前記第2の抵抗の端子間電圧がほぼゼロとなり、それまで第2の抵抗で生じていた電圧降下分がなくなるので、前記第3の抵抗の端子間電圧が上昇して前記電圧参照値が増加する。そのため、前記絶縁レベル検出手段は、前記電圧参照値が前記負側地絡判定値以上となったときに、前記負側配線と車両の接地電位部との間で地絡が生じていると判断することができる。 According to the present invention, when a ground fault occurs between the negative wiring and the ground potential portion of the vehicle, the voltage between the terminals of the second resistor becomes substantially zero, and the voltage generated by the second resistor until then. Since there is no drop, the voltage between the terminals of the third resistor rises and the voltage reference value increases. Therefore, the insulation level detection means determines that a ground fault has occurred between the negative side wiring and the ground potential portion of the vehicle when the voltage reference value is equal to or greater than the negative side ground fault determination value. can do.
また、前記接地配線は、前記第2の抵抗と前記第3の抵抗との接続部を、車両の接地電位部に接続し、
前記絶縁レベル検出手段は、車両の接地電位部を基準とした前記電圧参照値が、所定の正側地絡判定値以下となったときに、前記正側配線と車両の接地電位部との間で地絡が生じていると判断することを特徴とする。
The ground wiring connects a connection portion between the second resistor and the third resistor to a ground potential portion of a vehicle.
When the voltage reference value with respect to the ground potential portion of the vehicle is equal to or less than a predetermined positive ground fault determination value, the insulation level detection means is configured to connect between the positive side wiring and the vehicle ground potential portion. It is characterized by determining that a ground fault has occurred.
かかる本発明によれば、前記正側配線と車両の接地電位部間で地絡が生じると、前記第1の抵抗及び前記第3の抵抗からなる直列回路の端子間電圧がほぼゼロとなる。その結果、前記第3の抵抗の端子間電圧もほぼゼロになって前記電圧参照値が減少する。そのため、絶縁レベル検出手段は、前記電圧参照値が前記正側地絡判定値以下となったときに、前記正側配線と車両の接地電位部との間で地絡が生じていると判断することができる。 According to the present invention, when a ground fault occurs between the positive wiring and the ground potential portion of the vehicle, the terminal voltage of the series circuit including the first resistor and the third resistor becomes substantially zero. As a result, the voltage between the terminals of the third resistor also becomes almost zero, and the voltage reference value decreases. Therefore, the insulation level detection means determines that a ground fault has occurred between the positive side wiring and the ground potential portion of the vehicle when the voltage reference value is equal to or less than the positive side ground fault determination value. be able to.
また、第4の抵抗とスイッチング素子とを直列に接続して構成され、前記第1の抵抗又は前記第2の抵抗と並列に接続された抵抗切換回路を備え、前記絶縁レベル検出手段は、前記スイッチング素子を導通状態としたときの前記電圧参照値に基いて、前記非接地回路と車両の接地電位部間の地絡の有無を判断すると共に、前記スイッチング素子を遮断状態としたときの前記電圧参照値に基いて、前記非接地回路と車両の接地電位部間の地絡の有無を判断することを特徴とする。 Further, a fourth resistor and a switching element are connected in series, and a resistance switching circuit connected in parallel with the first resistor or the second resistor is provided. Based on the voltage reference value when the switching element is in a conductive state, it is determined whether or not there is a ground fault between the non-ground circuit and the ground potential portion of the vehicle, and the voltage when the switching element is in a cutoff state Based on the reference value, it is determined whether or not there is a ground fault between the non-ground circuit and the ground potential portion of the vehicle.
かかる本発明において、詳細は後述するが、前記正側配線と車両の接地電位部間の地絡と、負側配線と車両の接地電位部間の地絡が同時に生じている場合に、前記正側配線の地絡と前記負側配線の地絡における絶縁レベルによっては、このように地絡が生じているときと地絡が生じていないときとで、前記電圧参照値の差異が生じない場合がある。そして、この場合には、前記正側配線及び前記負側配線と接地電位部間の短絡を検知することができない。そこで、前記絶縁レベル検出手段は、前記抵抗切換回路により前記スイッチング素子を導通状態と遮断状態に切換えて、前記正側配線又は前記負側配線と車両の接地電位部間の抵抗を変化させたときの前記電圧参照値に基いて、前記非接地回路と前記車両の接地電位部間の地絡の有無を判断する。これにより、前記正側配線と車両の接地電位部間及び前記負側配線と車両の接地電位部間の地絡が同時に生じている場合であっても、前記非接地回路と車両の接地電位部間の地絡の有無を判断することができる。 In the present invention, as will be described in detail later, when the ground fault between the positive side wiring and the ground potential portion of the vehicle and the ground fault between the negative side wiring and the ground potential portion of the vehicle occur at the same time, Depending on the insulation level in the ground fault of the side wiring and the ground fault of the negative side wiring, there is no difference in the voltage reference value between when the ground fault occurs and when no ground fault occurs. There is. In this case, a short circuit between the positive side wiring and the negative side wiring and the ground potential portion cannot be detected. Therefore, when the insulation level detecting means changes the resistance between the positive side wiring or the negative side wiring and the ground potential portion of the vehicle by switching the switching element between the conductive state and the cutoff state by the resistance switching circuit. Based on the voltage reference value, it is determined whether or not there is a ground fault between the non-ground circuit and the ground potential portion of the vehicle. As a result, even if a ground fault occurs between the positive side wiring and the ground potential portion of the vehicle and between the negative side wiring and the ground potential portion of the vehicle at the same time, the non-ground circuit and the ground potential portion of the vehicle. The presence or absence of a ground fault can be determined.
また、前記非接地回路は、モータと、該モータと前記直流電源間に接続されて該モータに多相の駆動電圧を供給するインバータとを有し、前記第1の抵抗の抵抗値と前記第2の抵抗の抵抗値が異なる値に設定され、前記第3の抵抗と並列に接続された平滑用コンデンサを備えて、前記絶縁レベル検出手段は、前記電圧参照値に基いて、前記インバータと前記モータ間の配線と車両の接地電位部との間の地絡の有無を判断することを特徴とする。 The non-grounding circuit includes a motor and an inverter connected between the motor and the DC power source and supplying a multiphase driving voltage to the motor, and the resistance value of the first resistor and the first resistance The resistance value of the two resistors is set to a different value, and includes a smoothing capacitor connected in parallel with the third resistor, the insulation level detecting means based on the voltage reference value, It is characterized by determining the presence or absence of a ground fault between the wiring between the motors and the ground potential part of the vehicle.
かかる本発明によれば、前記インバータと前記モータ間の配線と車両の接地電位部との間で地絡が生じると、前記インバータによるスイッチングのタイミングに応じて、該接地電位部を経由して前記多相の駆動電圧が前記正側配線又は前記負側配線に重畳する状態となる。そして、このように重畳した駆動電圧は、前記平滑用コンデンサにより平滑化されるが、前記第1の抵抗の抵抗値と前記第2の抵抗の抵抗値が異なる値に設定されているため、該駆動電圧を平滑化した電圧はゼロにはならず、前記平滑用コンデンサの端子間電圧は、前記直流電源の出力電圧を前記第1の抵抗と前記第2の抵抗と前記第3の抵抗により分圧した電圧に、該平滑化された電圧が重畳したものとなる。 According to the present invention, when a ground fault occurs between the wiring between the inverter and the motor and the ground potential portion of the vehicle, the ground potential portion passes through the ground potential portion according to the switching timing by the inverter. A multiphase drive voltage is superimposed on the positive side wiring or the negative side wiring. The driving voltage superimposed in this way is smoothed by the smoothing capacitor, but the resistance value of the first resistor and the resistance value of the second resistor are set to different values. The voltage obtained by smoothing the drive voltage does not become zero, and the voltage across the terminals of the smoothing capacitor is obtained by dividing the output voltage of the DC power supply by the first resistor, the second resistor, and the third resistor. The smoothed voltage is superimposed on the pressed voltage.
そのため、前記インバータと前記モータ間の配線と車両の接地電位部間の短絡が生じると、それに応じて前記第3の抵抗の端子間電圧が変化し、前記電圧参照値も変化する。そのため、前記絶縁レベル検出手段は、前記電圧参照値に基いて前記インバータと前記モータ間の配線と車両の接地電位部との間の地絡の有無を検出することができる。 Therefore, when a short circuit occurs between the wiring between the inverter and the motor and the ground potential portion of the vehicle, the voltage between the terminals of the third resistor changes accordingly, and the voltage reference value also changes. Therefore, the insulation level detection means can detect the presence or absence of a ground fault between the wiring between the inverter and the motor and the ground potential portion of the vehicle based on the voltage reference value.
また、前記電圧参照値は、前記第3の抵抗の端子間電圧を前記直流電源の出力電圧で除した値であることを特徴とする。 The voltage reference value is a value obtained by dividing the voltage across the third resistor by the output voltage of the DC power supply.
かかる本発明によれば、詳細は後述するが、前記電圧参照値を前記第3の抵抗の端子間電圧を前記直流電圧の出力電圧で除した値とすることにより、前記直流電圧の変動による影響を排除して、前記非接地回路と車両の接地電位部間の絶縁レベルを検出することができる。 According to the present invention, as will be described in detail later, the voltage reference value is a value obtained by dividing the voltage between the terminals of the third resistor by the output voltage of the DC voltage, thereby affecting the influence of fluctuations in the DC voltage. And the insulation level between the non-ground circuit and the ground potential portion of the vehicle can be detected.
また、前記絶縁レベル検出手段は、前記第3の抵抗の端子間電圧を入力する入力回路を有して、該入力回路への入力電圧に基いて前記電圧参照値を取得し、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗と前記第3の抵抗の抵抗値が、前記非接地回路と車両の接地電位部間の地絡が生じたときに、前記第3の抵抗の端子間電圧が、前記入力回路の許容入力電圧範囲の上限以下となるように設定されていることを特徴とする。 Further, the insulation level detecting means has an input circuit for inputting a voltage across the third resistor, acquires the voltage reference value based on the input voltage to the input circuit, and The resistance value of the resistor, the second resistor, and the third resistor is such that when a ground fault occurs between the non-ground circuit and the ground potential portion of the vehicle, the voltage across the third resistor is It is set so that it may become below the upper limit of the allowable input voltage range of an input circuit.
かかる本発明によれば、前記非接地回路と車両の接地電位部間の地絡が生じたときに、前記入力回路に許容入力電圧範囲の上限を超える電圧が入力されて、前記入力回路が破損することを防止することができる。 According to the present invention, when a ground fault occurs between the non-ground circuit and the ground potential portion of the vehicle, a voltage exceeding the upper limit of the allowable input voltage range is input to the input circuit, and the input circuit is damaged. Can be prevented.
本発明の実施形態について、図1〜図8を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の非接地回路の絶縁性検出装置の構成図である。本実施の形態の非接地回路の絶縁性検出装置は、燃料電池スタック等の高電圧Vm(例えば数百V)を出力する直流電源12と、直流電源12とモータ40間に接続されて直流電源12から出力される電圧Vmを正側のトランジスタQ11,Q21,Q31及び負側のトランジスタQ12,Q22,Q32をスイッチングすることにより、モータ40に3相(U相,V相,W相)の駆動電圧を出力するインバータ11とを有して、接地電位部BEから絶縁して配置された非接地回路10と、車両の接地電位部BE間の絶縁性を検出するものであり、ECU(Electronic Control Unit)20の一部として構成されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of an insulation detecting device for a non-grounded circuit according to the present invention. The insulation detection device for a non-grounded circuit according to the present embodiment includes a
そして、絶縁性検出装置は、差動増幅器26と、直流電源12の正極と接続された正側配線(図中POGと接続された配線)と差動増幅器26との間に接続された第1の抵抗21と、直流電源12の負極と接続された負側配線(図中NEGと接続された配線)と差動増幅器26との間に接続された第2の抵抗22と、差動増幅器26の入力端子間に接続された第3の抵抗23と、第2の抵抗22と第3の抵抗23の接続部を車両の接地電位部BEと接続する接地配線と、第3の抵抗23と並列に接続された平滑用コンデンサ25と、差動増幅器26の出力端子と接続されたマイクロコンピュータ30とにより構成されている。
The insulation detection device includes a
なお、差動増幅器26の入力部は、本発明の第3の抵抗23の端子間電圧を入力する入力回路に相当する。
The input section of the
マイクロコンピュータ30は、所定の制御用プログラムを実行することにより、非接地回路10と接地電位部BE間の絶縁レベルを検出する絶縁レベル検出手段31として機能する。なお、マイクロコンピュータ30と差動増幅器26は、直流電源12とは別に設けられた出力電圧がVmよりも低いVdである直流電源(図示しない)からの出力電力によって作動する。
The
ここで、第1の抵抗21の抵抗値R1と、第2の抵抗22の抵抗値R2は、非接地回路10の接地電位部BEに対する絶縁抵抗の基準値(例えば、500Ω/V以上)以上の絶縁レベルを確保するために、MΩレベルに設定されている。ここで、非接地回路10と接地電位部BE間の地絡が生じていないときは、差動増幅器26への入力電圧(=第3の抵抗23の端子間電圧)Vinは、以下の式(1)により近似される。
Here, the resistance value R1 of the
但し、Vin:差動増幅器26への入力電圧、R1:第1の抵抗21の抵抗値、R2:第2の抵抗22の抵抗値、R3:第3の抵抗23の抵抗値、Vm:直流電源12の出力電圧。
Where V in is the input voltage to the
そして、差動増幅器26への入力電圧Vinは、後述する負側配線の地絡を生じたときに最大となり、このときのVinは、以下の式(2)により近似される。
Then, the input voltage V in to the
そのため、上記式(2)によるVinが、差動増幅器26の許容入力電圧範囲の上限であるVdを超えないように、第1の抵抗21の抵抗値R1と第3の抵抗23の抵抗値R3が設定されている。そして、絶縁レベル検出手段31は、差動増幅器26から出力されるVinの増幅出力Vrefを入力して、Vinのレベルを認識する。
Therefore, the resistance value R1 of the
次に、図2を参照して、非接地回路10の負側配線と接地電位部BE間の地絡(以下、負側地絡という)の検出について説明する。図2(a)を参照して、非接地回路10の負側配線と接地電位部BE間が抵抗50により地絡(抵抗50の抵抗値Rt≪第2の抵抗22の抵抗値R2)した場合、差動増幅器26への入力電圧Vinは、以下の式(3)により近似される。
Next, detection of a ground fault between the negative side wiring of the
但し、Rt:非接地回路10の負側配線と接地電位部BE間の抵抗値。
Rt: resistance value between the negative wiring of the
上記式(3)から、非接地回路10の負側配線と接地電位部BE間の抵抗50の抵抗値Rtが小さくなるに従って、差動増幅器26への入力電圧Vinが高くなることがわかる。そして、Rt≒0ΩのときはVinは上記式(2)で示した電圧となる。
From the equation (3), in accordance with the resistance value Rt of the
図2(b)は、非接地回路10の負側配線と接地電位部BE間の抵抗50の抵抗値Rtと、差動増幅器26への入力電圧Vinとの関係を、抵抗値Rtを横軸とし、入力電圧Vinを縦軸として示した近似グラフである。絶縁レベル検出手段31は、図2(b)に示したように、差動増幅器26への入力電圧Vinが、非接地回路10と接地電位部BE間の絶縁抵抗の基準値Rth_1に対応した電圧Vth_1(本発明の負側地絡判定電圧に相当する)以上になったときに、非接地回路10の負側配線と接地電位部BE間の地絡が生じていると判断する。
2 (b) is the resistance value Rt of the
次に、図3を参照して、非接地回路10の正側配線と接地電位部BE間の地絡(以下、正側地絡という)の検出について説明する。図3(a)を参照して、非接地回路10の正側配線と接地電位部BE間が抵抗51により地絡(抵抗51の抵抗値Rt≪第1の抵抗21の抵抗値R1)した場合、差動増幅器26への入力電圧Vinは、以下の式(4)により表される。
Next, detection of a ground fault between the positive wiring of the
上記式(4)から、非接地回路10の正側配線と接地電位部BE間の抵抗51の抵抗値Rtが小さくなるに従って、差動増幅器26への入力電圧Vinが低くなることがわかる。そして、抵抗値Rt≒0Ωのときに、Vinは0Vとなる。
From the equation (4), in accordance with the resistance value Rt of the
図3(b)は、非接地回路10の正側配線と接地電位部BE間の抵抗51の抵抗値Rtと、差動増幅器26への入力電圧Vinとの関係を、抵抗値Rtを横軸とし、入力電圧Vinを縦軸として示した近似グラフである。絶縁レベル検出手段31は、図3(b)に示したように、差動増幅器26への入力電圧Vinが、非接地回路10と接地電位部BE間の絶縁抵抗の基準値Rth_2に対応した電圧Vth_2(本発明の正側地絡判定電圧に相当する)以下になったときに、非接地回路10の正側配線と接地電位部BE間の地絡が生じていると判断する。
FIG. 3 (b), the resistance value Rt of the positive-side wiring and the ground potential portion BE resistance between 51
次に、図4を参照して、非接地回路10の直流電源12の中点(直流電源12の出力電圧VmをVm/2に分ける点)と接地電位部BE間の地絡(以下、中点地絡という)の検出について説明する。図4(a)を参照して、直流電源12の中点と接地電位部BE間が抵抗52により地絡(抵抗52の抵抗値Rt≪第1の抵抗21の抵抗値R1,第2の抵抗22の抵抗値R2)した場合、差動増幅器26への入力電圧Vinは、以下の式(5)により表される。
Next, referring to FIG. 4, a ground fault between the DC midpoint of the power supply 12 (the point of dividing the output voltage V m of the
上記式(5)により、直流電源12の中点と接地電位部BE間の抵抗52の抵抗値Rtが小さくなるに従って、差動増幅器26への入力電圧Vinが高くなることがわかる。そして、抵抗値Rt≒0Ωのときには、Vinは以下の式(6)により表される。
The above equation (5), in accordance with the resistance value Rt of the
図4(b)は、直流電源12の中点と接地電位部BE間の抵抗52の抵抗値Rtと、差動増幅器26への入力電圧Vinとの関係を、抵抗値Rtを横軸とし、入力電圧Vinを縦軸として示した近似グラフである。絶縁レベル検出手段31は、図4(b)に示したように、差動増幅器26への入力電圧Vinが、直流電源12の中点と接地電位部BE間の絶縁抵抗の基準値Rth_3以上となったときに、直流電源12の中点と接地電位部BE間の地絡が生じていると判断する。
FIG. 4 (b), the resistance value Rt of the
次に、図5及び図6を参照して、非接地回路10のインバータ11とモータ40間の配線と接地電位部BEと間の地絡(以下、3相地絡という)の検出について説明する。図5は、インバータ11とモータ40のW相間の配線が抵抗53を介して接地電位部BEに地絡した状態を示している。
Next, with reference to FIGS. 5 and 6, detection of a ground fault (hereinafter referred to as a three-phase ground fault) between the wiring of the
図5において、W相については、インバータ11のトランジスタQ31がON(導通状態)であってトランジスタQ32がOFF(遮断状態)であるときに、非接地回路10の正側配線がトランジスタQ31を介して接地電位部BEに地絡する。また、インバータ11のトランジスタQ32がONであってトランジスタQ31がOFFであるときに、非接地回路10の負側配線がトランジスタQ32を介して接地電位部BEに地絡する。U相、V相についも同様である。
5, for the W phase, when the transistor Q 32 transistors Q 31 of
図6(a)は、R1=R2(≫R3)、抵抗53の抵抗値Rt≒0Ωであって、平滑用コンデンサ25の容量C1が0pFであるときと大(モータ40に対する駆動電圧を平滑化するために、該駆動電圧の周波数に応じて設定される)であるときの差動増幅器26への入力電圧Vinの変化を示したものである。
FIG. 6A shows a case where R1 = R2 (>> R3), the resistance value Rt of the
この場合、平滑用コンデンサ25の容量C1が0pFであるときは、トランジスタQ31がONでトランジスタQ32がOFFであるときに、非接地回路10の正側配線がトランジスタQ31を介して接地電位部BEに地絡し、差動増幅器26への入力電圧Vinが0Vとなる。また、トランジスタQ32がONでトランジスタQ31がOFFであるときに、非接地回路10の負側配線がトランジスタQ32を介して接地電位部BEに地絡し、差動増幅器26への入力電圧Vinが、地絡が生じていないときの電圧Vtypの2倍(Vtpy×2)となる。
In this case, when the capacitance C1 of the smoothing
そして、平滑用コンデンサ25の容量C1を増大させると、差動増幅器26への入力電圧Vinが電圧Vtyp付近に平滑化されて、インバータ11とモータ40間の配線と接地電位部BEとの間で地絡が生じていない場合と同じ状況となる。そのため、絶縁レベル検出手段31は、インバータ11とモータ40間の配線と接地電位部BEとの間で地絡が生じていることを検知することができない。
When the capacitance C1 of the smoothing
そこで、第1の抵抗21の抵抗値R1と第2の抵抗22の抵抗値R2を異なる値に設定することにより、インバータ11とモータ40間の配線と接地電位部BEとの間で地絡が生じていることを、該地絡が生じていないときと区別して検出することができる。
Therefore, by setting the resistance value R1 of the
図6(b)は、第2の抵抗22の抵抗値R2を第1の抵抗21の抵抗値R1の3倍の値にしたとき(R2=3×R1)に、抵抗53の抵抗値Rt≒0Ωとなったときの差動増幅器26への入力出力電圧Vinの変化を、図6(a)と同様に、平滑用コンデンサ25の容量C1が0pFであるときと大(モータ40に対する駆動電圧を平滑化するために、該駆動電圧の周波数に応じて設定される)であるときについて示したものである。
FIG. 6B shows the resistance value Rt of the
図6(b)において、平滑用コンデンサ25の容量が0pFであるときは、トランジスタQ31がONでトランジスタQ32がOFFであるときに、非接地回路10の正側配線がトランジスタQ31を介して接地電位部BEに地絡し、差動増幅器26への入力電圧Vinが0Vとなる。また、トランジスタQ32がONでトランジスタQ31がOFFであるときに、非接地回路10の負側配線がトランジスタQ32を介して接地電位部BEに地絡し、差動増幅器26への入力電圧Vinが、地絡が生じていない通常時の電圧(Vtyp=R3/(R3+4R1)≒R3/4R1)の4倍(4×Vtyp)となる。
In FIG. 6B, when the capacitance of the smoothing
そして、平滑用コンデンサ25の容量C1を増大させると、差動増幅器26への入力電圧Vinが定常時の電圧Vtypの2倍(2×Vtyp)となる。そのため、絶縁レベル検出手段31は、差動増幅器26への入力電圧Vinが、定常時の電圧Vtypの2倍程度まで上昇したときに、3相地絡が生じたと判断することができる。
When the capacitance C1 of the smoothing
次に、図7(a)に示したように、非接地回路10の正側配線と接地電位部BE間が抵抗54を介して地絡すると共に、非接地回路10の負側配線と接地電位部BE間が抵抗55を介して地絡した状態(以下、両極地絡という)となったときに、ECU20の故障が生じないことについて説明する。
Next, as shown in FIG. 7A, a ground fault occurs between the positive wiring of the
図7(b)を参照して、非接地回路10の正側配線と接地電位部BE間が地絡すると、ECU20への入力1、入力2が同電位となるため、負側配線と接地電位部BE間の地絡の有無に拘わらず、差動増幅器26への入力電圧Vinは0Vとなる。
Referring to FIG. 7B, when a ground fault occurs between the positive side wiring of the
そして、負側配線と接地電位部BE間の地絡が生じると、直流電源12の正極(POG側)から抵抗54及び抵抗55を介して負極(NEG側)に電流I10が流れる。このように、両極地絡が生じても、電流I10はECU20の外の経路を流れるため、ECU20に過電流が流れることはないため、ECU20の故障は生じない。
When a ground fault occurs between the negative wiring and the ground potential portion BE, the current I 10 flows from the positive electrode (POG side) of the
次に、図8を参照して、両極地絡が生じたときに、地絡の検知が不能となることを回避するための構成について説明する。非接地回路10の正側配線と接地電位部BE間の抵抗54の抵抗値がRt1であり、非接地回路10の負側配線と接地電位部BE間の地絡抵抗55の抵抗値がRt2であるときは、差動増幅器26への入力電圧Vinは以下の式(7)により表される。
Next, with reference to FIG. 8, a description will be given of a configuration for avoiding the detection of the ground fault when a bipolar ground fault occurs. The resistance value of the
但し、(R1+R3)//Rt1:(R1+R3)とRt1の並列接続時の抵抗値、R2//Rt2:R2とRt2の並列接続時の抵抗値。 However, (R1 + R3) // Rt1: Resistance value when (R1 + R3) and Rt1 are connected in parallel, R2 // Rt2: Resistance value when R2 and Rt2 are connected in parallel.
上記式(7)で、例えばRt1=R1+R3、Rt2=R2とすると、以下の式(8)となり、定常時と同じ電圧となるため、絶縁レベル検出手段31は、両極地絡が生じたことを検出することができない。
If, for example, Rt1 = R1 + R3 and Rt2 = R2 in the above equation (7), the following equation (8) is obtained, and the voltage is the same as in the normal state. Therefore, the insulation
このように、Rt1=A×(R1+R3)、Rt2=A×R2(Aは変数)であるとき、すなわち、以下の式(9)の関係が成り立つときに、地絡を検知することができない。 Thus, when Rt1 = A.times. (R1 + R3) and Rt2 = A.times.R2 (A is a variable), that is, when the relationship of the following equation (9) is established, a ground fault cannot be detected.
そこで、図8に示したように、第1の抵抗21と並列に、第4の抵抗とスイッチング素子27とを直列に接続した切替回路を接続することで、両極地絡を検知することが可能となる。スイッチング素子27をON(導通状態)としたときの差動増幅器26への入力電圧Vinは、以下の式(10)により表される。
Therefore, as shown in FIG. 8, it is possible to detect a bipolar ground fault by connecting a switching circuit in which a fourth resistor and a switching element 27 are connected in series in parallel with the
但し、R1//R4:R1とR4の並列接続時の抵抗値、(R1//R4+R3)//Rt1:(R1//R4+R3)とRt1の並列接続時の抵抗値、R2//Rt2の並列接続時の抵抗値。 However, R1 // R4: resistance value when R1 and R4 are connected in parallel, (R1 // R4 + R3) // Rt1: resistance value when (R1 // R4 + R3) and Rt1 are connected in parallel, R2 // Rt2 in parallel Resistance value when connected.
上記式(9)では、両極地絡の検知が不可能なRt1とRt2との比率が、以下の式(11)に示したようになり、上記式(9)とは相違する比率となる。 In the above formula (9), the ratio of Rt1 and Rt2 in which the detection of the bipolar ground fault is impossible is as shown in the following formula (11), which is a ratio different from the above formula (9).
そのため、絶縁レベル検出手段31は、スイッチング素子27をONしたときの差動増幅器26への入力電圧Vinと、スイッチング素子27をOFFしたときの差動増幅器26への入力電圧Vinとについて、それぞれ地絡を判断することにより、両極地絡が生じたときに、地絡の検知が不能となることを回避することができる。
Therefore, the insulating
また、差動増幅器16への入力電圧Vinは、直流電源12の出力電圧Vmのレベルに応じて変化する。そのため、直流電源12の出力電圧Vmの変動の影響により、差動増幅器16への入力電圧Vinに基く地絡の検知精度が低下することが考えられる。
Further, the input voltage V in to the differential amplifier 16 changes according to the level of the output voltage V m of the
そこで、以下の式(12)に示したように、差動増幅器26への入力電圧Vinを直流電源12の出力電圧Vmで除して、抵抗値のみで算出される電圧参照値Atを採用し、この電圧参照値Atに基いて地絡を判定することで、出力電圧Vmの変動の影響により地絡の検知精度が悪化して地絡の誤検知等が生じることを防止することができる。
Therefore, as shown in the following equation (12), by dividing the input voltage V in to the
なお、本実施の形態では、負側地絡、正側地絡、中点地絡、3相地絡、及び両極地絡の判断を行なったが、少なくともいずれか1つの地絡を検知することによって、本発明の効果を得ることができる。 In this embodiment, the negative side ground fault, the positive side ground fault, the midpoint ground fault, the three-phase ground fault, and the bipolar ground fault are determined, but at least one of the ground faults is detected. Thus, the effects of the present invention can be obtained.
また、本実施の形態では、図1に示したように、第2の抵抗22と第3の抵抗23との接続部を車両の接地電位部BEに接続したが、第1の抵抗21と第3の抵抗23との接続部を車両の接地電位部BEに接続し、第3の抵抗23の端子間電圧に基いて、非接地回路10と接地電位部BE間の絶縁レベルを検出するようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the connecting portion between the
10…非接地回路、11…インバータ、12…直流電源、20…ECU、21…第1の抵抗、22…第2の抵抗、23…第3の抵抗、24…第4の抵抗、25…平滑用コンデンサ、26…差動増幅器、27…スイッチング素子、30…マイクロコンピュータ、31…絶縁レベル検出手段
DESCRIPTION OF
Claims (7)
一端が前記正側配線に接続されて、前記非接地回路と車両の接地電位部間の絶縁性を維持するための絶縁基準値よりも高い抵抗を有する第1の抵抗と、
一端が前記負側配線に接続されて、前記絶縁基準値よりも高い抵抗を有する第2の抵抗と、
前記第1の抵抗の他端と前記第2の抵抗の他端間に接続された第3の抵抗と、
前記第1の抵抗と前記第3の抵抗との接続部と、前記第2の抵抗と前記第3の抵抗との接続部のうちの何れか一方を、車両の接地電位部に接続する接地配線と、
前記第3の抵抗の端子間電圧に応じて変化する電圧参照値に基いて、前記非接地回路と車両の接地電位部間の絶縁レベルを検出する絶縁レベル検出手段とを備えたことを特徴とする非接地回路の絶縁性検出装置。 A non-grounded circuit having a DC power source and a positive side wiring connected to the positive electrode of the DC power source and a negative side wiring connected to the negative electrode of the DC power source and arranged on the vehicle insulated from the ground potential portion of the vehicle An insulation detection device for a non-ground circuit that detects an insulation level between a circuit and the ground potential portion,
A first resistor having one end connected to the positive side wiring and having a resistance higher than an insulation reference value for maintaining insulation between the non-grounded circuit and the ground potential portion of the vehicle;
A second resistor having one end connected to the negative wiring and having a resistance higher than the insulation reference value;
A third resistor connected between the other end of the first resistor and the other end of the second resistor;
A ground wiring for connecting one of the connection portion between the first resistor and the third resistor and the connection portion between the second resistor and the third resistor to a ground potential portion of the vehicle. When,
Insulation level detection means for detecting an insulation level between the non-ground circuit and the ground potential portion of the vehicle based on a voltage reference value that changes in accordance with the voltage across the terminals of the third resistor. A non-grounded circuit insulation detector.
前記絶縁レベル検出手段は、車両の接地電位部を基準とした前記電圧参照値が、所定の負側地絡判定値以上となったときに、前記負側配線と車両の接地電位部との間で地絡が生じていると判断することを特徴とする請求項1記載の非接地回路の絶縁性検出装置。 The ground wiring connects a connection portion between the second resistor and the third resistor to a ground potential portion of a vehicle,
When the voltage reference value based on the ground potential portion of the vehicle is equal to or greater than a predetermined negative ground fault determination value, the insulation level detection means is configured to be between the negative wiring and the ground potential portion of the vehicle. 2. The non-grounded circuit insulation detection device according to claim 1, wherein a ground fault is determined in step 1.
前記絶縁レベル検出手段は、車両の接地電位部を基準とした前記電圧参照値が、所定の正側地絡判定値以下となったときに、前記正側配線と車両の接地電位部との間で地絡が生じていると判断することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の非接地回路の絶縁性検出装置。 The ground wiring connects a connection portion between the second resistor and the third resistor to a ground potential portion of a vehicle,
When the voltage reference value with respect to the ground potential portion of the vehicle is equal to or less than a predetermined positive ground fault determination value, the insulation level detection means is configured to connect between the positive side wiring and the vehicle ground potential portion. 3. The non-grounded circuit insulation detection device according to claim 1, wherein it is determined that a ground fault has occurred.
前記絶縁レベル検出手段は、前記スイッチング素子を導通状態としたときの前記電圧参照値に基いて、前記非接地回路と車両の接地電位部間の地絡の有無を判断すると共に、前記スイッチング素子を遮断状態としたときの前記電圧参照値に基いて、前記非接地回路と車両の接地電位部間の地絡の有無を判断することを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか1項の非接地回路の絶縁性検出装置。 A fourth resistor and a switching element connected in series, and a resistance switching circuit connected in parallel with the first resistor or the second resistor;
The insulation level detection means determines the presence or absence of a ground fault between the non-ground circuit and the ground potential portion of the vehicle based on the voltage reference value when the switching element is in a conductive state, and the switching element The presence or absence of a ground fault between the non-grounded circuit and the ground potential portion of the vehicle is determined based on the voltage reference value in the cut-off state. Insulation detecting device for non-grounded circuit of item.
前記第1の抵抗の抵抗値と前記第2の抵抗の抵抗値が異なる値に設定され、
前記第3の抵抗と並列に接続された平滑用コンデンサを備えて、
前記絶縁レベル検出手段は、前記電圧参照値に基いて、前記インバータと前記モータ間の配線と車両の接地電位部との間の地絡の有無を判断することを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか1項記載の非接地回路の絶縁性検出装置。 The non-grounded circuit has a motor and an inverter connected between the motor and the DC power source to supply a multiphase drive voltage to the motor,
The resistance value of the first resistor and the resistance value of the second resistor are set to different values,
A smoothing capacitor connected in parallel with the third resistor;
The said insulation level detection means judges the presence or absence of the ground fault between the wiring between the said inverter and the said motor, and the grounding potential part of a vehicle based on the said voltage reference value. Item 5. The non-grounded circuit insulation detection device according to any one of Items 4 to 5.
前記第1の抵抗と前記第2の抵抗と前記第3の抵抗の抵抗値が、前記非接地回路と車両の接地電位部間の地絡が生じたときに、前記第3の抵抗の端子間電圧が、前記入力回路の許容入力電圧範囲の上限以下となるように設定されていることを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか1項記載の非接地回路の絶縁性検出装置。 The insulation level detection means has an input circuit for inputting the voltage across the third resistor, acquires the voltage reference value based on the input voltage to the input circuit,
The resistance values of the first resistor, the second resistor, and the third resistor are between the terminals of the third resistor when a ground fault occurs between the non-ground circuit and the ground potential portion of the vehicle. The insulation detection device for a non-grounded circuit according to any one of claims 1 to 6, wherein the voltage is set to be equal to or lower than an upper limit of an allowable input voltage range of the input circuit. .
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