JP2010182586A - スイッチ装置及び車両の地絡検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】２個以上直列接続されたスイッチの起動時のずれが起因する高電圧印加による破損を防止すること。
【解決手段】インバータ８等の高電圧発生装置と車体１０等のアース間にスイッチＳＷ１，ＳＷ２を２個以上直列に接続して構成され、この構成において、高電圧発生装置と当該高電圧発生装置側のスイッチＳＷ１との間に抵抗器Ｒ１、並びにスイッチＳＷ１，ＳＷ２同士の間に抵抗器Ｒ２を直列に接続し、この直列接続された一方のスイッチＳＷ１及び抵抗器Ｒ１にコンデンサＣ１を並列接続すると共に、他方のスイッチＳＷ２及び抵抗器Ｒ２にコンデンサＣ２を並列接続して成る。
【選択図】図３

Description

本発明は、高電圧発生装置とアース間に直列に耐電圧スイッチを２個以上接続して成るスイッチ装置と、このスイッチ装置をインバータと車体との間に接続して地絡の自己診断を可能とした電気自動車やハイブリッド車両等の車両の地絡検知システムに関する。

従来、車両の地絡検知システムとしては特許文献１に記載のように地絡検知システム自体が正常に作動しているか否かを自己診断可能なものがある。図１に示すように、地絡検知システムＡは、リレー１１と抵抗１２とからなり車体１０と母線６１との間に接続される地絡試行回路１と、バッファ４１が出力する矩形波４１１を母線６１に印加する、検出用抵抗２及びカップリングコンデンサ３と、接続点ｐの信号（矩形波）４１２を反転入力端子４１に入力し、基準電圧Ｖｒを非反転入力端子４２に入力する比較器４と、発振部５０を有する制御器５と、トランジスタ５１と、ＬＥＤ制御器５２と、ＬＥＤ５３とを備え、車載バッテリ６と、走行用の交流モータ７と、入力側を母線６１，６２に電気接続し、出力側を交流給電線８１、８２、８３を介して交流モータ７に電気接続したＤＣ・ＡＣインバータ８とを有する電気自動車に組み付けられている。

このような構成において、地絡試行回路１によって地絡を模擬的に実施するようになっている。即ち、運転者がキースイッチをオフからオンに切り替える（地絡試行時）と、制御器５から所定時間、励磁用電力５０２が通電され、リレー１１の接点が略所定時間のあいだオン状態となり、母線６１と車体１０とが抵抗１２を介して接続（模擬地絡）される。ここで、試行地絡が検知できない場合にＬＥＤ５３が点灯するようになっている。また、通常監視時には、地絡（抵抗Ｒ）が発生するとＬＥＤ５３が点灯するようになっている。

この地絡検知システムにおいては、地絡試行回路１に高耐圧のリレー１１を用いているが、これを安価に構成にするために、例えば特許文献２に記載の技術のように２つの耐電圧スイッチを直列に接続することが考えられる。この構成は図２（ａ）に示すように、高耐圧のリレー１１よりも安価で低耐圧なスイッチＳＷ１，ＳＷ２を直列に接続したスイッチ装置２０を、車体１０と母線６１側の抵抗１２との間に接続し、励磁用電力５０２の通電時に双方のスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンするようにすればよい。なお、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、２つでリレー１１と同耐圧となり、汎用製品であるためリレー１４よりも大幅に安価となる。

特開平１０−２２１３９５号公報 特許第４０４７５５８号公報

しかし、上記の図２（ａ）に示したスイッチ装置２０では、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２が直列に接続されているため、通電時に同時にオンすることは無く短時間のずれが生じる。例えば、スイッチＳＷ１の両端に電圧計Ｖ１を接続し、スイッチＳＷ２の両端に電圧計Ｖ２を接続すると、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフ時には図２（ｂ）に示すように、電圧計Ｖ１とＶ２では各々、母線６１と車体１０間の高電圧Ｖａの１／２の電圧Ｖａ／２が計測される。このオフ状態で通電された際に時刻ｔ１で一方のスイッチＳＷ１のみが先にオンすると、他方のスイッチＳＷ２に当該スイッチＳＷ２が時刻ｔ２でオンするまでの間、高電圧Ｖａが印加されてしまう。この高電圧Ｖａは１つのスイッチＳＷ２の耐圧以上の電圧なので、スイッチＳＷ２が破損に至る場合がある。これは各スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオフ時にも同様である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、２個以上直列接続されたスイッチの起動時のずれが起因する高電圧印加による破損を防止することができるスイッチ装置及び車両の地絡検知システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、高電圧発生装置とアース間にスイッチを２個以上直列に接続して成るスイッチ装置において、前記高電圧発生装置と当該高電圧発生装置側のスイッチとの間並びにスイッチ同士の間に抵抗器を直列に接続し、この直列接続された一方のスイッチ及び抵抗器にコンデンサを並列接続すると共に、他方のスイッチ及び抵抗器にコンデンサを並列接続したことを特徴とする。

この構成によれば、例えば高電圧発生装置で発生される高電圧Ｖａの１／２程度の耐圧を有するスイッチが２個直列に接続されている際に、各スイッチがオフ時には、高電圧Ｖａの１／２の電圧Ｖａ／２が印加される。このオフ状態で双方にオン指令が入力され、これによって一方のスイッチのみが先にオンした場合、このスイッチには抵抗器が直列に接続され、更にスイッチ及び抵抗器にコンデンサが並列接続されているので、コンデンサに蓄電された電圧が徐々に放電されるＣＲ特性によってスイッチへの印加電圧が徐々に低下する。この際、他方のスイッチに並列接続されたコンデンサには高電圧Ｖａによる蓄電が徐々に行なわれ、他方のスイッチへの印加電圧が徐々に上昇する。

そして、所定の時差をもって他方のスイッチがオンすると、このスイッチへの印加電圧がＣＲ特性に従って徐々に０Ｖまで低下する。ここで、他方のスイッチがオンとなる時点では、先にオンした一方のスイッチへの印加電圧が徐々に低下しているため、他方のスイッチへの印加電圧は高電圧Ｖａに到達せず、上昇途中で当該他方のスイッチのオンによって０Ｖまで徐々に低下することになる。従って、２つのスイッチのうち一方のスイッチのみが先にオンした場合でも、他方のスイッチへの印加電圧を低下させることができる。これによって従来のように、１つのスイッチに耐電圧以上の高電圧Ｖａが印加されて当該スイッチが破損に至るといったことを防止することができる。

また、当該スイッチ装置では、安価な汎用製品であるスイッチを２個以上用いて構成することができるので、高耐圧の高価なスイッチを用いる場合に比べ安価に製作することができる。

請求項２に記載の発明は、インバータでバッテリの直流電力を三相交流に変換してモータを駆動する車両に、当該車両の地絡を検知すると共に当該車両の起動時に地絡の自己診断を行う機能を有する地絡検知器を搭載した車両の地絡検知システムにおいて、前記インバータに接続された母線と前記車両の車体との間に、請求項１に記載のスイッチ装置を接続し、前記車両の起動時に前記スイッチ装置に所定時間通電を行い、この通電時に前記スイッチ装置のスイッチがオンとなり前記母線と前記車体とが抵抗器を介して接続される模擬地絡による地絡の自己診断が行なわれることを特徴とする。

この構成によれば、安価に製作できるスイッチ装置を地絡検知システムに用いるので、その分、地絡検知システムを安価に製作することができる。

以上説明したように本発明によれば、２個以上直列接続されたスイッチの起動時のずれが起因する高電圧印加による破損を防止することができるスイッチ装置及び車両の地絡検知システムを提供することができるという効果がある。

従来の地絡検知システムの構成を示す図である。 従来のスイッチ装置を用いた地絡検知システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るスイッチ装置を用いた車両の地絡検知システムの構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。

図３は、本発明の実施形態に係るスイッチ装置を用いた車両の地絡検知システムの構成を示す図である。

図３に示す地絡検知システムＡ１は、インバータ８でバッテリ６の直流電力を三相交流に変換して交流モータ７へ出力し、これによって交流モータ７を駆動する電気自動車に搭載されており、インバータ８に接続された母線６１と車体１０の間に接続された地絡試行回路１としてのスイッチ装置３０と、地絡の発生を検知する地絡検知器９と、地絡を知らせるＬＥＤ５３とを備えて構成されている。

本実施形態の特徴はスイッチ装置３０であり、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２間に抵抗器Ｒ１，Ｒ２を介挿して各スイッチＳＷ１，ＳＷ２を直列接続し、この直列接続された一方のスイッチＳＷ１と抵抗器Ｒ１にコンデンサＣ１を並列に接続すると共に、他方のスイッチＳＷ２と抵抗器Ｒ２にコンデンサＣ２を並列に接続して構成されている。

このようなスイッチ装置３０において、例えばスイッチＳＷ１の両端に電圧計Ｖ１を接続し、スイッチＳＷ２の両端に電圧計Ｖ２を接続してオン／オフ時の電圧を計測すると、図３（ｂ）に示すようになる。各スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフ時には、電圧計Ｖ１とＶ２では各々、母線６１と車体１０間の高電圧Ｖａの１／２の電圧Ｖａ／２が計測される。このオフ状態で通電された際に時刻ｔ１１で一方のスイッチＳＷ１のみが先にオンしたとする。この場合、抵抗器Ｒ１が直列に接続されたスイッチＳＷ１にはコンデンサＣ１が並列に接続されているので、コンデンサＣ１に蓄電された電圧が徐々に放電されるＣＲ特性によってスイッチＳＷ１に印加される電圧は徐々に低下する。この際、他方のスイッチＳＷ２に並列接続されたコンデンサＣ２には高電圧Ｖａによる蓄電が徐々に行なわれ、当該スイッチＳＷ２への印加電圧が徐々に上昇する。

そして、所定の時差後の時刻ｔ２において、スイッチＳＷ２がオンすると、スイッチＳＷ２に印加されている電圧がＣＲ特性に従って徐々に低下する。ここで、スイッチＳＷ２がオンとなる時点では、先にオンしたスイッチＳＷ１への印加電圧が徐々に低下しているため、スイッチＳＷ２に徐々に印加されて上昇する電圧はＶａに到達せず、上昇途中で当該スイッチＳＷ２のオンによって０Ｖまで徐々に低下することになる。

従って、１つのスイッチＳＷ２に印加される耐圧を低下させることができるので、従来のように耐電圧以上の電圧Ｖａが印加されるといったことが無くなる。

このようなスイッチ装置３０を用いた地絡検知システムＡ１において、地絡の自己診断を行う場合、運転者がキースイッチをオフからオンに切り替える（地絡試行時）と、励磁用電力５０２がスイッチ装置３０に所定時間通電される。この通電の間、スイッチ装置３０のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が上述した通りオンとなり、母線６１と車体１０とが抵抗器Ｒ１，Ｒ２を介して接続（模擬地絡）される。ここで、試行地絡が検知できない場合にＬＥＤ５３が点灯する。また、通常監視時には、地絡検知器９で地絡（抵抗Ｒ）の発生が検知されるとＬＥＤ５３が点灯する。

このように本実施形態のスイッチ装置３０は、インバータ８等の高電圧発生装置と車体１０等のアース間にスイッチＳＷ１，ＳＷ２を２個以上直列に接続して構成され、この構成において、高電圧発生装置と当該高電圧発生装置側のスイッチＳＷ１との間に抵抗器Ｒ１、並びにスイッチＳＷ１，ＳＷ２同士の間に抵抗器Ｒ２を直列に接続し、この直列接続された一方のスイッチＳＷ１及び抵抗器Ｒ１にコンデンサＣ１を並列接続すると共に、他方のスイッチＳＷ２及び抵抗器Ｒ２にコンデンサＣ２を並列接続して成る。

この構成よって、互いに時差を持ってオン／オフするスイッチＳＷ１，ＳＷ２の一方のスイッチＳＷ１がオン時に、スイッチＳＷ１に並列接続され、蓄電されたコンデンサＣ１からのＣＲ特性による放電で徐々に印加電圧が減少し、これにより他方のスイッチＳＷ２への印加電圧を徐々に上昇させ、この上昇途中で他方のスイッチＳＷ２がオンとなって当該スイッチＳＷ２への電圧印加を徐々に無くすことができる。従って、１つのスイッチＳＷ２に印加される電圧を低下させることができるので、従来のように耐電圧以上の電圧Ｖａが印加されてスイッチＳＷ２が破損に至るといったことを防止することができる。

また、当該スイッチ装置３０では、安価な汎用製品であるスイッチを２個以上用いて構成することができるので、高耐圧の高価なスイッチを用いる場合に比べ安価に製作することができる。このことからスイッチ装置３０を用いた地絡検知システムＡ１も、その分安価に製作することができる。

Ａ１ 地絡検知システム
６ バッテリ
８ インバータ
９ 地絡検知器
１０ 車体
３０ スイッチ装置
５３ ＬＥＤ
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗器
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ

Claims (2)

1. 高電圧発生装置とアース間にスイッチを２個以上直列に接続して成るスイッチ装置において、
   前記高電圧発生装置と当該高電圧発生装置側のスイッチとの間並びにスイッチ同士の間に抵抗器を直列に接続し、この直列接続された一方のスイッチ及び抵抗器にコンデンサを並列接続すると共に、他方のスイッチ及び抵抗器にコンデンサを並列接続したことを特徴とするスイッチ装置。
2. インバータでバッテリの直流電力を三相交流に変換してモータを駆動する車両に、当該車両の地絡を検知すると共に当該車両の起動時に地絡の自己診断を行う機能を有する地絡検知器を搭載した車両の地絡検知システムにおいて、
   前記インバータに接続された母線と前記車両の車体との間に、請求項１に記載のスイッチ装置を接続し、前記車両の起動時に前記スイッチ装置に所定時間通電を行い、この通電時に前記スイッチ装置のスイッチがオンとなり前記母線と前記車体とが抵抗器を介して接続される模擬地絡による地絡の自己診断が行なわれることを特徴とする車両の地絡検知システム。

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