JP2010004631A - 電気車両及び電気車両での地絡検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確且つ速やかに地絡を検出する。
【解決手段】渋滞運転のように、燃料電池が通常運転とアイドル停止とを繰り返している場合に、絶縁抵抗Ｒがアイドル停止禁止閾値Ｒｔｈ２よりも低ければ（Ｒ＜Ｒｔｈ２）、燃料電池のアイドル停止を禁止、すなわち、通常運転からアイドル停止への移行を禁止するか、あるいは、アイドル停止を解除して、通常運転に移行する。これにより、地絡を正確且つ速やかに検出することができる。
【選択図】図１１

Description

この発明は、燃料電池と電動機の駆動回路との間の地絡を検知する地絡検知装置を備えた電気車両と、該電気車両での地絡検出方法とに関する。

従来、非接地の燃料電池の出力側に地絡検知装置を並列に接続し、該出力側で地絡が発生したときに、前記地絡検知装置内の抵抗器を流れる電流によって該抵抗器に発生する電圧が設定電圧よりも高ければ、前記出力側に接続された遮断器を動作させて前記燃料電池に対する地絡保護を行うことが提案されている（特許文献１参照）。

特開平２−１５５６９号公報

ところで、電動機による車輪の回転によって走行する電気車両において、例えば、渋滞走行のように、燃料電池の通常運転と、燃料電池運転の一時休止（以下、アイドル停止という。）とが繰り返される場合に、アイドル停止時の前記燃料電池の出力電圧は、通常運転時の出力電圧よりも低くなるので、特許文献１の地絡検知装置を前記電気車両に適用した場合には、前記通常運転と前記アイドル停止との繰り返しによる前記出力電圧の変化に起因した抵抗器での電圧の変化により、前記燃料電池と前記駆動回路との間に発生する地絡を正確且つ速やかに検出することができない。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、正確且つ速やかに地絡を検出することができる電気車両及び該電気車両での地絡検出方法を提供することを目的とする。

この発明は、燃料電池と、前記燃料電池に駆動回路を介して接続され且つ車輪を回転させる電動機と、前記燃料電池と前記駆動回路との間の地絡を検知する地絡検知装置と、前記燃料電池、前記駆動回路及び前記電動機を制御する制御部とを備える電気車両において、前記地絡検知装置は、前記地絡の発生箇所と接地との間の絶縁抵抗を算出し、算出した前記絶縁抵抗がアイドル停止禁止閾値よりも低ければ、前記絶縁抵抗が前記アイドル停止禁止閾値よりも低いことを示す検出結果を前記制御部に出力し、前記制御部は、入力された前記検出結果に基づいて前記燃料電池のアイドル停止を禁止することを特徴としている。

また、この発明に係る電気車両での地絡検出方法は、車輪を回転させる電動機が駆動回路を介して燃料電池に接続される電気車両で、前記燃料電池と前記駆動回路との間の地絡を検知する場合に、前記地絡の発生箇所と接地との間の絶縁抵抗を算出し、算出した前記絶縁抵抗がアイドル停止禁止閾値よりも低ければ、前記燃料電池のアイドル停止を禁止することを特徴としている。

これらの発明によれば、前記絶縁抵抗が前記アイドル停止禁止閾値よりも低ければ、前記アイドル停止を禁止するので、正確且つ速やかに前記地絡を検出することができる。

ここで、前記制御部は、前記検出結果に基づいて、前記燃料電池が運転されている状態から、前記アイドル停止への移行を禁止するか、あるいは、前記検出結果に基づいて、前記アイドル停止を解除し、前記燃料電池の運転を開始することが好ましい。

これにより、前記地絡が発生している場合には、該地絡を確実に検出することが可能となり、一方で、前記地絡が発生していない場合には、該地絡が誤検出されることを確実に防止することができる。

また、前記地絡検知装置は、前記燃料電池に並列に接続された抵抗器及びコンデンサの直列回路と、前記コンデンサの充電電圧を計測し、計測した前記充電電圧に基づいて前記地絡の発生を検知する地絡検知部とを有し、
前記地絡検知部は、前記地絡が発生していないときの充電電圧（以下、第１充電電圧という。）を予め計測し、前記地絡が発生したときの充電電圧（以下、第２充電電圧という。）を計測し、前記第１充電電圧と前記第２充電電圧との比率に基づいて前記絶縁抵抗を算出し、算出した前記絶縁抵抗が前記アイドル停止禁止閾値よりも低い場合に前記検出結果を前記制御部に出力し、前記アイドル停止禁止閾値より低く設定された地絡確定閾値よりも前記絶縁抵抗が低い場合に前記地絡の発生を前記制御部に通知する。

これにより、前記地絡を精度よく検出することができる。

また、前記燃料電池と前記駆動回路との間に、前記燃料電池から前記駆動回路を介して前記電動機に電力を供給するためのダイオードが配置され、前記駆動回路に、前記制御部により制御されるＤＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電装置が、前記ダイオード及び前記燃料電池に対して並列に接続されている場合に、前記地絡検知装置を、前記燃料電池と前記ダイオードとの間に接続するか、あるいは、前記ダイオードと前記駆動回路との間に接続すれば、前記燃料電池と前記駆動回路との間の前記地絡の発生をより確実に検出することができる。

この発明によれば、絶縁抵抗がアイドル停止禁止閾値よりも低ければ、アイドル停止を禁止するので、正確且つ速やかに地絡を検出することができる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る燃料電池車両（電気車両）１０の回路図である。

燃料電池車両１０は、基本的には、第１電圧Ｖ１を発生する発電装置としての燃料電池１２と、燃料電池１２の出力ライン１４ａ、１４ｂに接続されたインバータ（駆動回路）１６と、インバータ１６に接続されたモータ（電動機）１８と、バッテリ３８と、バッテリ３８の出力ライン４２ａ、４２ｂに接続され且つ出力ライン４０ａ、４０ｂが出力ライン１４ａ、１４ｂに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、燃料電池１２、インバータ１６、モータ１８及びＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する制御部４６とを有する。この場合、燃料電池車両１０のうち、燃料電池１２からモータ１８まで、及び、燃料電池１２及びモータ１８からバッテリ３８までは、非接地とされている。

出力ライン１４ａにはコンタクタ３４及び逆流防止用のダイオード２８が配置され、出力ライン４２ａにはコンタクタ４４が配置され、出力ライン１４ａ、１４ｂ間には、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２をそれぞれ検出して制御部４６に出力する電圧センサ３０、３２が燃料電池１２及びインバータ１６に対して並列に接続されている。

燃料電池１２は、例えば、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造であり、制御部４６によってコンタクタ３４が閉状態にあるときに、水素（燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）との電気化学反応により生成された第１電流Ｉ１（発電電流）をダイオード２８を介してインバータ１６及び（又は）ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に供給する。インバータ１６は、直流／交流変換を行って、第２電流Ｉ２（モータ電流）をモータ１８に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後の第２電流Ｉ２をＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じてバッテリ３８に供給する。

モータ１８は、燃料電池１２からダイオード２８及びインバータ１６を介しての電力供給、あるいは、バッテリ３８からＤＣ／ＤＣコンバータ３６及びインバータ１６を介しての電力供給により回転し、該モータ１８の回転は、減速機２０、シャフト２２を通じて車輪２４に伝達され、車輪２４を回転させる。バッテリ３８は、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素２次電池又はキャパシタであり、第３電圧Ｖ３（バッテリ電圧）を発生し、制御部４６によってコンタクタ４４が閉状態にあるときに、モータ１８の回転時にはモータ１８に電力供給を行い、一方で、モータ１８の回生時には充電される。

第２電流Ｉ２は、第１電流Ｉ１と、バッテリ３８から流れ出た第３電流Ｉ３（バッテリ電流）がＤＣ／ＤＣコンバータ３６により変換された電流Ｉ３´との合成電流（Ｉ２＝Ｉ１＋Ｉ３´）である。また、制御部４６は、燃料電池１２の電力分担と、バッテリ３８の電力分担と、モータ１８の電力分担との配分を決定し、この決定に基づいて燃料電池１２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６、インバータ１６及びモータ１８を制御することにより、各電圧Ｖ１〜Ｖ３及び各電流Ｉ１〜Ｉ３´を制御する。車速センサ４８は、燃料電池車両１０の車速を示す車速信号Ｓｓを制御部４６に供給する。

さらに、燃料電池車両１０には、出力ライン１４ａ、１４ｂに地絡が発生したときに、地絡発生箇所と接地との間の絶縁抵抗Ｒ（図１〜図３の絶縁抵抗Ｒ１、Ｒ２を含む燃料電池車両１０全体としての絶縁抵抗）の低下を検出（検知）して、その検出結果を検知信号Ｓｄとして制御部４６に供給する地絡センサ２６が、出力ライン１４ａ、１４ｂ間で、燃料電池１２及びインバータ１６に対して並列に接続されている。この場合、制御部４６は、入力された検知信号Ｓｄに基づいて、燃料電池１２のアイドル停止を禁止し、あるいは、地絡の発生を外部に警告する。

なお、図１では、ダイオード２８とインバータ１６との間の出力ライン１４ａ、１４ｂ間に地絡センサ２６が接続され、出力ライン１４ａ中、燃料電池１２とダイオード２８との間、及び、ダイオード２８とインバータ１６との間に地絡がそれぞれ発生している（地絡発生箇所５４、５６がそれぞれ存在する）場合を図示している。図１では、地絡発生箇所５４と接地との間を、絶縁抵抗Ｒ１を有する仮想的な抵抗器５０として図示し、一方で、地絡発生箇所５６と接地との間を、絶縁抵抗Ｒ２を有する仮想的な抵抗器５２として図示している。また、この実施形態は、図２に示すように、燃料電池１２とダイオード２８との間の出力ライン１４ａ、１４ｂ間に地絡センサ２６を接続してもよい。また、図３に示すように、ダイオード２８が出力ライン１４ａ、１４ｂ間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータ５８内のダイオードでもよい。

次に、地絡発生時における地絡発生箇所と接地との間の絶縁抵抗Ｒ（前述したように複数の地絡発生箇所５４、５６が存在する場合には、絶縁抵抗Ｒ１、Ｒ２を含む燃料電池車両１０全体としての絶縁抵抗Ｒ）の検出原理について、図４〜図７を参照しながら説明する。

地絡センサ２６は、図４に示すように、燃料電池１２に対して並列に接続された抵抗器６０及びコンデンサ６２の直列回路と、コンデンサ６２に接続された地絡検知部６４と、出力ライン１４ａと抵抗器６０とを接続するためのスイッチ６６ａと、コンデンサ６２と出力ライン１４ｂとを接続するためのスイッチ６６ｂと、コンデンサ６２の負極側を接地するためのスイッチ６６ｃとを有する。

地絡センサ２６は、先ず、出力ライン１４ａ、１４ｂで地絡が発生していない状態（図４参照）において第１電圧Ｖ１の計測を行う。具体的には、コンタクタ３４及びスイッチ６６ａ、６６ｂがそれぞれ閉状態で、且つ、スイッチ６６ｃが開状態であるときに、燃料電池１２の正極からコンタクタ３４、スイッチ６６ａ、抵抗器６０、コンデンサ６２、スイッチ６６ｂ及び燃料電池１２の負極の順に流れる電流Ｉによってコンデンサ６２に発生する第１充電電圧Ｖｃ１を計測する。図７に示すように、第１充電電圧Ｖｃ１の特性７２は、時間ｔの経過に伴って上昇し、長時間経過すると、その電圧値が略第１電圧Ｖ１となる。

第１電圧Ｖ１の計測後、図５に示すように、例えば、出力ライン１４ｂで地絡が発生し、その地絡発生箇所６８と接地との間の絶縁抵抗がＲであるとき、すなわち、地絡発生箇所６８と接地との間に絶縁抵抗Ｒの仮想的な抵抗器７０が形成されたときに、地絡センサ２６は、スイッチ６６ａ、６６ｃをそれぞれ閉状態及びスイッチ６６ｂを開状態とし、燃料電池１２の正極からコンタクタ３４、スイッチ６６ａ、抵抗器６０、コンデンサ６２、スイッチ６６ｃ、接地、抵抗器７０及び燃料電池１２の負極の順に流れる電流Ｉ´によってコンデンサ６２に発生する第２充電電圧Ｖｃ２を計測する。図７に示すように、第２充電電圧Ｖｃ２の特性７４は、時間ｔの経過に伴って上昇し、長時間経過すると、その電圧値が所定の電圧Ｖ１´となる。

なお、電圧Ｖ１´は、第１電圧Ｖ１から、電流Ｉ´が流れたときに抵抗器７０に発生する電圧Ｒ×Ｉ´を差し引いたものとなる（Ｖ１´＝Ｖ１−Ｒ×Ｉ´）。そのため、絶縁抵抗Ｒが高抵抗になると電圧Ｖ１´は低下し、一方で、絶縁抵抗Ｒが低抵抗になると電圧Ｖ１´は高くなる。そこで、地絡検知部６４は、予め計測した第１電圧Ｖ１と、地絡発生時に計測した電圧Ｖ１´との比率に基づいて、燃料電池車両１０での全体的な絶縁抵抗（図５では絶縁抵抗Ｒ）を算出する。

なお、前述したように、燃料電池１２等は非接地であるため、図６に示すように、地絡が発生していない場合には、スイッチ６６ａ、６６ｃを閉状態にしても、燃料電池１２の正極からコンタクタ３４、スイッチ６６ａ、抵抗器６０、コンデンサ６２及びスイッチ６６ｃを介して接地の方向に電流は流れない。

次に、地絡センサ２６から制御部４６への検知信号Ｓｄの出力処理と、該検知信号Ｓｄの入力時における制御部４６での地絡の確定処理とについて、図８Ａ〜図１４を参照しながら説明する（燃料電池車両１０での地絡検出方法）。

ここでは、絶縁抵抗Ｒ１、Ｒ２が異なり且つＶ１＜Ｖ２の場合における地絡検出の問題点（第１及び第２の問題点）と、その問題点を解決するためのこの実施形態の内容（第１実施例及び第２実施例）とについて説明する。

先ず、第１の問題点について説明する。

図８Ａ及び図８Ｂは、図１の燃料電池車両１０について、燃料電池１２の通常運転時（例えば、燃料電池１２からモータ１８への電力供給に起因する燃料電池車両１０の走行時）と燃料電池１２のアイドル停止時（例えば、燃料電池車両１０の停止時）とにおける第２充電電圧Ｖｃ２の変化を示すグラフである。ここで、Ｖｃｔｈは、地絡の発生を確定するための地絡確定閾値（Ｖｃ２≧Ｖｃｔｈになると地絡が発生したとみなすための電圧値）である。

図８Ａの通常運転時には、制御部４６の制御により、燃料電池１２及びバッテリからモータ１８に対して電力供給がそれぞれ行われる。従って、この場合には、Ｖ１＝Ｖ２となるので、絶縁抵抗Ｒ１、Ｒ２の大小関係に関わりなく、絶縁抵抗Ｒが高抵抗（正常範囲）であるときの第２充電電圧Ｖｃ２の特性８０は、地絡確定閾値Ｖｃｔｈにまで上昇しない特性となり（Ｖｃ２１＜Ｖｃｔｈ）、一方で、絶縁抵抗Ｒが低抵抗（地絡状態）であるときの第２充電電圧Ｖｃ２の特性７８は、地絡確定閾値Ｖｃｔｈを超えて上昇する特性となる（Ｖｃｔｈ＜Ｖｃ２２）。なお、特性７６は、地絡が発生していないときの第１電圧Ｖ１の特性である。

図８Ｂのアイドル停止時には、制御部４６の制御により、バッテリ３８からモータ１８に対する電力供給のみが行われ、燃料電池１２からモータ１８への電力供給は、燃料電池１２の一時休止により停止するに至る。この結果、Ｖ１＜Ｖ２となってダイオード２８がオフになる。さらに、Ｒ１≪Ｒ２である場合には、第２充電電圧Ｖｃ２の特性８６は、地絡確定閾値Ｖｃｔｈにまで上昇しない比較的低電圧の特性となり（Ｖｃ２３＜Ｖｃｔｈ）、地絡発生箇所５４で地絡が発生しているにも関わらず、地絡が非検知となるおそれがある。

これは、燃料電池車両１０全体としての絶縁抵抗Ｒは、絶縁抵抗Ｒ１、Ｒ２の合成抵抗｛地絡センサ２６に対して抵抗器５０、５２が並列接続されているとみなしたときの合成抵抗であり、Ｒ＝Ｒ１×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）｝であるにも関わらず、コンタクタ３４の開状態及びダイオード２８のオフによって、出力ライン１４ａにおける燃料電池１２からダイオード２８までの箇所と、該出力ライン１４ａにおけるダイオード２８からインバータ１６までの箇所とは、電気的に絶縁されるので、地絡検知部６４は、絶縁抵抗Ｒ２のみに応じた第２充電電圧Ｖｃ２（特性８６）しか計測できないためである。さらに付言すれば、Ｒ１≪Ｒ２であるため、Ｒ＝Ｒ１×Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）≒Ｒ１、すなわち、絶縁抵抗ＲにおいてＲ１が支配的となり、Ｒ１≒Ｒ≪Ｒ２によって、地絡検知部６４は、第２充電電圧Ｖｃ２を低めに計測してしまう。

以上が第１の問題点に関する概略的な説明である。

なお、特性８２は、地絡センサ２６が電源電圧（バッテリ３８の第３電圧Ｖ３がＤＣ／ＤＣコンバータ３６により電圧変換された第２電圧Ｖ２）を計測したときの特性である。また、特性８４は、図２に示す位置に地絡センサ２６を配置したときの第２充電電圧Ｖｃ２の計測結果を示す特性であり、この場合には、絶縁抵抗Ｒ１に応じた第２充電電圧Ｖｃ２（第１電圧Ｖ１）が計測されており、該地絡センサ２６は、地絡発生箇所５４での地絡の発生を検出することができる。

次に、第１の問題点について、図９を参照しながら、より具体的に説明する。

図９は、例えば、渋滞走行のように、燃料電池１２がアイドル停止と通常運転とを繰り返す場合における、車速の特性９０、第１電圧Ｖ１の特性９４、第２電圧Ｖ２の特性９２、絶縁抵抗Ｒの特性９６、９８、制御部４６の図示しない確定カウンタのカウンタ値を示す特性１００、及び、制御部４６から外部への警告を示す特性１０２のグラフである。

なお、図８Ａ及び図８Ｂでは、地絡センサ２６において、第２充電電圧Ｖｃ２及び地絡確定閾値Ｖｃｔｈにより地絡の発生の確定処理を行っていた。これに対して、図９では、地絡センサ２６は、第２充電電圧Ｖｃ２に基づいて絶縁抵抗Ｒを算出し、算出した絶縁抵抗Ｒが地絡確定閾値Ｖｃｔｈに応じた地絡確定閾値Ｒｔｈ１よりも低い場合（Ｒ＜Ｒｔｈ１）、地絡の発生を示す検知信号Ｓｄを制御部４６に出力し、制御部４６は、入力された検知信号Ｓｄに基づいて、確定カウンタによるカウントを開始し、カウント値が所定のカウント閾値ＴＨに到達したら、外部に警告する。

また、特性９６は、地絡検知部６４で算出された絶縁抵抗Ｒの算出値の特性であり、特性９８は、絶縁抵抗Ｒの真値（燃料電池車両１０全体としての絶縁抵抗の値であり、図１〜図３の場合には絶縁抵抗Ｒ１、Ｒ２の合成抵抗値）の特性である。

燃料電池１２の通常運転時には、制御部４６の制御により、第１電圧Ｖ１の特性９２及び第２電圧Ｖ２の特性９４は略一致し、一方で、燃料電池１２のアイドル停止時には、特性９４は時間ｔの経過に伴って低下するので、特性９２とは一致しなくなる。なお、アイドル停止時に、特性９２は、略所定電圧に維持される。また、各特性９２、９４は、車速の特性９０の変化に応じて変化している。

そして、時刻ｔ１で、特性９６が地絡確定閾値Ｒｔｈ１を下回ったときに（Ｒ＜Ｒｔｈ１）、地絡検知部６４は、地絡の発生を通知する検知信号Ｓｄを制御部４６に出力し、制御部４６は、検知信号Ｓｄの入力に基づいて、確定カウンタによるカウントを開始する。時刻ｔ２で通常運転からアイドル停止に切り替わり、時刻ｔ３で、コンタクタ３４の開成及びダイオード２８のオフに起因してＶ１＜Ｖ２になると、算出値の特性９６は、真値の特性９８に対して不一致となる。すなわち、アイドル停止時には、地絡検知部６４は、真値と比較して、絶縁抵抗Ｒを高めに算出する。そのため、時刻ｔ４で、特性９６が地絡確定閾値Ｒｔｈ１を上回り、地絡検知部６４から制御部４６への検知信号Ｓｄの出力が停止すると、制御部４６は、検知信号Ｓｄの入力停止に基づいて、確定カウンタのカウント値を０にリセットする。

上述のような地絡の発生中における確定カウンタのカウント開始及びリセットは、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの時間帯でも行われ、その後、時刻ｔ７でカウントが再度開始され、時刻ｔ８で確定カウンタがカウント閾値ＴＨに到達すると、制御部４６は、地絡の発生が確定したことを外部に警告する。

このように、燃料電池１２がアイドル停止及び通常運転を繰り返す場合に、Ｖ１＜Ｖ２であれば、地絡が発生しても、第１電圧Ｖ１の低下に起因して絶縁抵抗Ｒを正確に算出することができず、この結果、前記地絡の発生（の確定）を外部に警告するタイミングが遅くなる。以上が第１の問題点に関する具体的な説明である。

次に、第２の問題点について説明する。

第２の問題点とは、図２の燃料電池車両１０において、Ｒ１≪Ｒ２（絶縁抵抗ＲについてＲ１が支配的）且つＶ１＜Ｖ２の場合には、地絡検知部６４（図４参照）は、第１の問題点の場合とは逆に、絶縁抵抗Ｒを低めに算出するので、地絡を誤検知するおそれがあるというものである。

図１０のグラフを参照しながら説明すると、車速の特性１３０に対応して第１電圧Ｖ１の特性１３４及び第２電圧Ｖ２の特性１３２が変化している場合に、時刻ｔ３０から時刻ｔ３４までのアイドル停止時には、時刻ｔ３１以降、特性１３２、１３４の不一致に起因して、絶縁抵抗Ｒの真値の特性１３８及び算出値の特性１３６が不一致となる（特性１３６が特性１３８よりも低く算出される）。これにより、時刻ｔ３２でＲ＜Ｒｔｈ１となり、確定カウンタがカウントを開始すると、時刻ｔ３３でカウント値（の特性１４０）がカウント閾値ＴＨに到達し、制御部４６は、地絡の発生の確定を外部に警告する（警告の特性１４２のフラグを立てる）。すなわち、真値の特性１３８が地絡確定閾値Ｒｔｈ１よりも高い（地絡が発生していない）にも関わらず、制御部４６は、地絡の発生を誤って外部に警告する。

これが第２の問題点である。

そこで、この実施形態の第１実施例では、上記第１の問題点を解決するために、図１１及び図１２に示すように、地絡検知部６４は、地絡確定閾値Ｒｔｈ１に加え、アイドル停止禁止閾値Ｒｔｈ２を閾値として備えており、算出した絶縁抵抗Ｒ（の特性１１２、１２２）がアイドル停止閾値Ｒｔｈ２よりも低ければ（Ｒ＜Ｒｔｈ２）、制御部４６に対してアイドル停止の禁止を要求するための検知信号Ｓｄを出力し、その後、算出した絶縁抵抗Ｒが地絡確定閾値Ｒｔｈ１よりも低ければ（Ｒ＜Ｒｔｈ１）、制御部４６に対して地絡の発生を示す新たな検知信号Ｓｄを出力する。

すなわち、図１１において、時刻ｔ１０から時刻ｔ１２までのアイドル停止の時間帯で、時刻ｔ１１から略時刻ｔ１２まで、算出値の特性１１２及び真値の特性１１４が不一致となり、その後、時刻ｔ１３において、Ｒ＜Ｒｔｈ２となって、地絡検知部６４がアイドル停止の禁止を要求する検知信号Ｓｄを制御部４６に出力したときに、制御部４６は、検知信号Ｓｄの入力に基づいて、アイドル停止への移行を禁止する。また、時刻ｔ１４に、Ｒ＜Ｒｔｈ１となって、地絡検知部６４が地絡の発生を示す新たな検知信号Ｓｄを制御部４６に出力したときに、制御部４６は、新たな検知信号Ｓｄの入力に基づいて、確定カウンタのカウントを開始し、時刻ｔ１５において、カウント値（の特性１１６）がカウント閾値ＴＨに到達したら、地絡の発生の確定を外部に警告する（警告の特性１１８のフラグを立てる）。

前述したように、時刻ｔ１３において、制御部４６がアイドル停止への移行を禁止したので、時刻ｔ１６で車速（の特性１１０）が０になっても、燃料電池１２は、アイドル停止に移行することはなく、通常運転の状態（燃料電池運転）を引き続き維持する。

一方、図１２においては、時刻ｔ２０から開始されるアイドル停止の時間帯で、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２まで、算出値の特性１２２及び真値の特性１２４が不一致であっても、時刻ｔ２２にＲ＜Ｒｔｈ２となったときに、地絡検知部６４は、アイドル停止の禁止を要求する検知信号Ｓｄを制御部４６に出力し、制御部４６は、検知信号Ｓｄの入力に基づいて、アイドル停止を禁止する。これにより、時刻ｔ２２以降、車速（の特性１２０）が０であっても、燃料電池１２は、アイドル停止を解除して、該アイドル停止から通常運転の状態に移行する。また、時刻ｔ２３において、Ｒ＜Ｒｔｈ１となったときに、地絡検知部６４は、地絡の発生を示す新たな検知信号Ｓｄを制御部４６に出力し、制御部４６は、検知信号Ｓｄの入力に基づいて、確定カウンタのカウントを開始し、時刻ｔ２４において、カウント値（の特性１２６）がカウント閾値ＴＨに到達したら、地絡の発生の確定を外部に警告する（警告の特性１２８のフラグを立てる）。

従って、第１実施例では、絶縁抵抗Ｒに対する閾値として、地絡の発生を判定するための地絡確定閾値Ｒｔｈ１と、アイドル停止の禁止を判定するためのアイドル停止禁止閾値Ｒｔｈ２とを共に設けたことにより、制御部４６は、地絡の発生の確定を外部に速やかに警告することができる。

また、この実施形態（第２実施例）では、第２の問題点を解決するために、図１３に示すように、時刻ｔ４０、ｔ４２で通常運転及びアイドル停止の移行が行われ、時刻ｔ４１から時刻ｔ４３までの時間帯で、絶縁抵抗Ｒの算出値の特性１５２及び真値の特性１５４が不一致である場合に、時刻ｔ４４において、Ｒ＜Ｒｔｈ２となったときに、地絡検知部６４は、アイドル停止の禁止を要求する検知信号Ｓｄを制御部４６に出力し、制御部４６は、検知信号Ｓｄの入力に基づいて、アイドル停止への移行を禁止する。これにより、時刻ｔ４４以降の時刻ｔ４６において、車速（の特性１５０）が０となっても、燃料電池１２は、通常運転からアイドル停止に移行しない。また、時刻ｔ４４以降のアイドル停止への移行が禁止されているので、算出値の特性１５２及び真値の特性１５４の不一致の発生を確実に防止することができて、カウント値の特性１５６の上昇や警告の特性１５８のフラグが立つことが阻止されるので、地絡が発生していないのに、誤って外部に警告することを回避することができる。

図１４は、アイドル停止を実施するか否かの判断処理を示すフローチャートである。ステップＳ１において、制御部４６は、アイドル停止の要求（を示す検知信号Ｓｄの入力）があるか否かを判定し、アイドル停止の要求があれば（ステップＳ１のＹＥＳ）、次に、Ｒ＜Ｒｔｈ２であるか否かを判定する（ステップＳ２）。

Ｒ＜Ｒｔｈ２ではない、すなわち、Ｒ≧Ｒｔｈ２であり、地絡の発生を示す新たな検知信号Ｓｄの入力がない場合には（ステップＳ２のＮＯ）、地絡が発生していないと判断して、制御部４６は、アイドル停止を実施する（ステップＳ３）。

一方、ステップＳ１においてアイドル停止の要求がない場合（ステップＳ１のＮＯ）や、ステップＳ２において、地絡の発生を示す新たな検知信号Ｓｄが入力されて、Ｒ＜Ｒｔｈ２であることが判明した場合（ステップＳ２のＹＥＳ）に、制御部４６は、通常運転を実施する（アイドル停止への移行を禁止するか、あるいは、アイドル停止を解除して通常運転への移行を行う）（ステップＳ４）。

以上説明したように、この実施形態では、絶縁抵抗Ｒがアイドル停止禁止閾値Ｒｔｈ２よりも低ければ（Ｒ＜Ｒｔｈ２）、アイドル停止を禁止するので、正確且つ速やかに地絡を検出することができる。この場合、通常運転からアイドル停止への移行を禁止するか、あるいは、アイドル停止を解除して、通常運転に移行することにより、地絡が発生している場合には、該地絡を確実に検出することが可能となり、一方で、地絡が発生していない場合には、該地絡が誤検出されることを確実に防止することができる。

また、地絡検知部６４は、コンデンサ６２の第１充電電圧Ｖｃ１及び第２充電電圧Ｖｃ２の比率に基づいて絶縁抵抗Ｒを算出し、算出した絶縁抵抗Ｒと地絡確定閾値Ｒｔｈ１及びアイドル停止禁止閾値Ｒｔｈ２との比較に基づいて、地絡の発生やアイドル停止の禁止の要求を検知信号Ｓｄとして制御部４６に出力する。これにより、地絡を精度よく検出することができる。

また、図１〜図３の回路図に示すように、地絡センサ２６は、出力ライン１４ａ、１４ｂ間のどの位置に配置してもよいので、燃料電池１２とインバータ１６との間の地絡の発生をより確実に検出することができる。

なお、この実施形態は、上記の説明に限定されるものではなく、この明細書及び図面の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。

この発明の一実施形態に係る燃料電池車両の回路図である。 地絡センサの配置位置を変更した場合の回路図である。 ダイオードがＤＣ／ＤＣコンバータに含まれている場合の回路図である。 地絡センサによる第１充電電圧の計測を示す回路図である。 地絡センサによる第２充電電圧の計測を示す回路図である。 地絡が発生していないときの回路図である。 第１及び第２充電電圧のグラフである。 図８Ａ及び図８Ｂは、第１の問題点を説明するための第１及び第２充電電圧のグラフである。 第１の問題点を説明するためのグラフである。 第２の問題点を説明するためのグラフである。 第１実施例を説明するためのグラフである。 第１実施例を説明するためのグラフである。 第２実施例を説明するためのグラフである。 通常運転及びアイドル停止の判断処理のフローチャートである。

符号の説明

１０…燃料電池車両 １２…燃料電池
１４ａ、１４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂ…出力ライン
１６…インバータ １８…モータ
２６…地絡センサ ２８…ダイオード
３０、３２…電圧センサ ３４、４４…コンタクタ
３６、５８…ＤＣ／ＤＣコンバータ ３８…バッテリ
４６…制御部 ５０、５２、６０、７０…抵抗器
５４、５６、６８…地絡発生箇所 ６２…コンデンサ
６４…地絡検知部 ６６ａ〜６６ｃ…スイッチ

Claims (6)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池に駆動回路を介して接続され、車輪を回転させる電動機と、
   前記燃料電池と前記駆動回路との間の地絡を検知する地絡検知装置と、
   前記燃料電池、前記駆動回路及び前記電動機を制御する制御部と、
   を備える電気車両において、
   前記地絡検知装置は、前記地絡の発生箇所と接地との間の絶縁抵抗を算出し、算出した前記絶縁抵抗がアイドル停止禁止閾値よりも低ければ、前記絶縁抵抗が前記アイドル停止禁止閾値よりも低いことを示す検出結果を前記制御部に出力し、
   前記制御部は、入力された前記検出結果に基づいて前記燃料電池のアイドル停止を禁止する
   ことを特徴とする電気車両。
2. 請求項１記載の電気車両において、
   前記制御部は、前記検出結果に基づいて、前記燃料電池が運転されている状態から、前記アイドル停止への移行を禁止する
   ことを特徴とする電気車両。
3. 請求項１記載の電気車両において、
   前記制御部は、前記検出結果に基づいて、前記アイドル停止を解除し、前記燃料電池の運転を開始する
   ことを特徴とする電気車両。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気車両において、
   前記地絡検知装置は、
   前記燃料電池に並列に接続された、抵抗器及びコンデンサの直列回路と、
   前記コンデンサの充電電圧を計測し、計測した前記充電電圧に基づいて前記地絡の発生を検知する地絡検知部と、
   を有し、
   前記地絡検知部は、
   前記地絡が発生していないときの充電電圧（以下、第１充電電圧という。）を予め計測し、
   前記地絡が発生したときの充電電圧（以下、第２充電電圧という。）を計測し、
   前記第１充電電圧と前記第２充電電圧との比率に基づいて前記絶縁抵抗を算出し、算出した前記絶縁抵抗が前記アイドル停止禁止閾値よりも低い場合に、前記検出結果を前記制御部に出力し、
   前記アイドル停止禁止閾値より低く設定された地絡確定閾値よりも前記絶縁抵抗が低い場合に、前記地絡の発生を前記制御部に通知する
   ことを特徴とする電気車両。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気車両において、
   前記燃料電池と前記駆動回路との間には、前記燃料電池から前記駆動回路を介して前記電動機に電力を供給するためのダイオードが配置され、
   前記駆動回路には、前記制御部により制御されるＤＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電装置が、前記ダイオード及び前記燃料電池に対して並列に接続され、
   前記地絡検知装置は、前記燃料電池と前記ダイオードとの間に接続されるか、あるいは、前記ダイオードと前記駆動回路との間に接続される
   ことを特徴とする電気車両。
6. 車輪を回転させる電動機が駆動回路を介して燃料電池に接続される電気車両で、前記燃料電池と前記駆動回路との間の地絡を検知する場合に、
   前記地絡の発生箇所と接地との間の絶縁抵抗を算出し、算出した前記絶縁抵抗がアイドル停止禁止閾値よりも低ければ、前記燃料電池のアイドル停止を禁止する
   ことを特徴とする電気車両での地絡検出方法。

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