JP2011145254A - 絶縁劣化検知装置及び車載高電圧系統 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力ラインL上に設けられ、インピーダンス成分を有するコイル11と、電力ラインL上において、コイル11よりも車載コンポーネント2側に設けられた接続点P1と車体アースとの間に直列的に接続されたコンデンサ12および電圧検出用抵抗13と、コンデンサ12および電圧検出用抵抗13と直列に接続されるとともに、コンデンサ12およびコイル11とで決定される共振周波数よりも高い周波数の電圧を印加する発振源14と、電圧検出用抵抗13の両端電圧を検出する電圧検出部15と、電圧検出部15によって検出された両端電圧に基づいて、車載コンポーネント2の絶縁劣化を判定する判定部16とを具備する絶縁劣化検知装置3を提供する。
【選択図】図1
Description
高電圧のP極またはN極に何らかの不具合等が発生することにより、車両シャーシとの絶縁劣化が発生した場合、車両乗客員が感電する可能性がある。そのため、高電圧系統に接続されているコンポーネント類や車両全体を取りまとめているシステム系統における絶縁劣化監視が提案されている。
従来の絶縁劣化検出方法や漏電検出方法として、抵抗分圧による検出方法(例えば、特許文献1参照)、コンデンサカップリング方式またはインピーダンス方式(例えば、特許文献2参照)等が提案されている。しかしながら、このような方法では、絶縁劣化が発生している箇所を特定できないというという問題があった。
また、上記問題を解消する方法として、例えば、車両高電圧システムの上位側で各コンポーネントにリレーまたはコンタクタ等のスイッチング素子を接続し、このスイッチング素子を順番にオン/オフすることで、絶縁劣化が発生しているコンポーネントを特定する方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
本発明は、車両に搭載され、該車両の車体アースから絶縁された車載電源システムと、前記車載電源システムから電力ラインを介して電力が供給されるとともに、前記車体アースから絶縁された少なくとも1つの車載コンポーネントとを備える車載高電圧系統に適用される絶縁劣化検知装置であって、前記電力ライン上に設けられ、インピーダンス成分を有する第1素子と、前記電力ライン上において、前記第1素子よりも前記車載コンポーネント側に設けられた接続点と前記車体アースとの間に直列的に接続されたコンデンサおよび電圧検出用抵抗と、前記コンデンサおよび前記電圧検出用抵抗と直列に接続されるとともに、前記コンデンサおよび前記第1素子とで決定される共振周波数よりも高い周波数の電圧を印加する発振源と、前記電圧検出用抵抗の両端電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された前記電圧検出用抵抗の両端電圧に基づいて、前記車載コンポーネントの絶縁劣化を判定する判定部とを具備する絶縁劣化検知装置を提供する。
このように、上記構成によれば、発振源から出力する周波数を切り替えるだけで、車載電源システム側と車載コンポーネント側の両方における絶縁劣化を容易に判定することができる。
第1素子としてコイルを採用することにより、第1素子として抵抗を使用する場合と比べて、電力損失を大幅に低減することができる。
図1は、本実施形態に係る車載高電圧系統の概略構成を示した図である。図1に示されるように、車両には車体アース(本実施形態では、車両シャーシ)から絶縁された車載電源システム1と、車載電源システム1から電力ラインLを介して電力が供給されるとともに、車体アースから絶縁された少なくとも1つの車載コンポーネント2とが搭載されている。
また、実際には、車載電源システム1から高電圧の供給を受けて作動する電子機器は複数存在するが、ここでは、絶縁劣化検知の対象となる一の電子機器を車載コンポーネント2として定義し、その他の電子機器については車載コンポーネント2よりも上位側にあるといえることから上位コンポーネントと定義する。
ここで、コイル11は、P極側電力ライン及びN極側電力ラインのいずれに設けられていてもよいが、ここでは、コイル11が設けられている方の電力ラインを電力ラインLとしている。
Zs=Rs+1/(2π・fs・Cs)
Zall_H=Rs+R1 (2)
Zall_L={Rs+1/(2π・fs・Cs)}+{R1・R2/(R1+R2)} (3)
Zall=Rs・Vs/Vrs (4)
また、上記R1を上記(3)式に代入すれば、R2についても容易に求められる。
ここで、本実施形態に係る絶縁劣化検知装置3が目的とするところは、コンポーネント側絶縁抵抗20の抵抗値R1および上位側絶縁抵抗21の抵抗値R2を正確に求めることではなく、これらの抵抗値R1およびR2が規定の抵抗閾値(例えば、10MΩ)よりも低下しているか否か、つまり、絶縁劣化が生じているか否かを判定することである。
このように、電圧閾値Vrefを用いることで、電圧検出部15によって検出された電圧Vrsをそのまま用いて絶縁劣化の判定が行えるので、簡素な回路構成あるいは簡易な演算処理によって絶縁劣化の判定を実現させることができる。
Vrs>Vs・Rs/(Rs+10MΩ)=Vref_H (7)
図2に示すように、電圧検出部15により電圧検出用抵抗13を流れる電流が電圧に変換され、更に、増幅およびノイズ低減が施された後に判定部16に出力される。
まず、発振源14により共振周波数fよりも大きい周波数の電圧が印加される。コンポーネント側絶縁抵抗20による絶縁が十分でない場合、コンポーネント側絶縁抵抗20の抵抗値R1に応じた電流が図3に示すようなループで流れ、電圧検出用抵抗13の両端電圧Vrsが電圧検出部15によって検出される。電圧検出部15により検出された両端電圧Vrsは、判定部16において電圧閾値Vref_Hと比較され、比較結果に応じた信号がアイソレータを介して車載コンポーネント2側の制御回路(図示略)に通知される。
Zpn=2π・fs・Lpn
次に、上述した絶縁劣化検知装置3を車載空調装置のインバータ一体型電動コンプレッサに適用した場合について説明する。
図4は、絶縁劣化検知装置3を車載空調装置のインバータ一体型電動コンプレッサ30に適用した場合の車載高電圧系統を示した図である。
車載コンポーネント2(図1参照)である一体型電動コンプレッサ30側に絶縁劣化が発生していた場合、判定部16からの絶縁劣化検知信号は、インバータ32を駆動制御するインバータ制御回路33に出力される。インバータ制御回路33は、絶縁劣化が通知されると、インバータ32の運転モードを漏電保護モードに切り替える。漏電保護モードは、絶縁劣化が検知された場合に実行される運転モードであり、例えば、電動コンプレッサの停止、或いは漏電電流が規定値以下になるまで三相交流モータ31の回転数を下げる等の動作が実施される。
また、車載電源システム1側に絶縁劣化が生じていた場合には、判定部16から車載電源システム1側の制御装置(図示略)に絶縁劣化を通知する信号が出力される。これにより、車載電源システム1側の制御装置は、車載電源システム1から電力供給を受けている車載コンポーネント(上位コンポーネント)に対して運転停止信号を出力したり、安全確保運転の実施を指示する信号を出力したりする。また、車両全体の高電圧系統を遮断する制御を実施するとともに、車両乗務員に対して絶縁劣化を通知する。このような制御を行うことにより、漏電による被害を効果的に抑制することができる。
特に、上述したインバータ一体型電動コンプレッサ30の絶縁劣化を検知する場合には、電動コンプレッサの停止時に絶縁劣化検知を行うことが好ましい。これにより、三相交流モータ31からの交流による誤動作を低減することができる。
また、絶縁劣化の有無の情報は、例えば、CAN(Controller Area Network)、LIN(Local Interconnect Network)、MOST(Media Oriented Systems Transport)、FlexRay等の通信プロトコルが使用され、上位システムに通知される。
2 車載コンポーネント
3 絶縁劣化検知装置
11 コイル
12 コンデンサ
13 電圧検出用抵抗
14 発振源
15 電圧検出部
16 判定部
20 コンポーネント側絶縁抵抗
21 上位側絶縁抵抗
30 インバータ一体型電動コンプレッサ
31 3相交流モータ
32 インバータ
33 インバータ制御回路
34 フィルタ部
35 コモンモードコイル
L 電力ライン
Claims (7)
- 車両に搭載され、該車両の車体アースから絶縁された車載電源システムと、前記車載電源システムから電力ラインを介して電力が供給されるとともに、前記車体アースから絶縁された少なくとも1つの車載コンポーネントとを備える車載高電圧系統に適用される絶縁劣化検知装置であって、
前記電力ライン上に設けられ、インピーダンス成分を有する第1素子と、
前記電力ライン上において、前記第1素子よりも前記車載コンポーネント側に設けられた接続点と前記車体アースとの間に直列的に接続されたコンデンサおよび電圧検出用抵抗と、
前記コンデンサおよび前記電圧検出用抵抗と直列に接続されるとともに、前記コンデンサおよび前記第1素子とで決定される共振周波数よりも高い周波数の電圧を印加する発振源と、
前記電圧検出用抵抗の両端電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記電圧検出用抵抗の両端電圧に基づいて、前記車載コンポーネント側の絶縁劣化を判定する判定部と、
を具備する絶縁劣化検知装置。 - 前記発振源は、前記共振周波数よりも高い周波数の電圧と、該共振周波数よりも低い周波数の電圧とを切り替えて印加し、
前記判定部は、前記発振源から印加される電圧の周波数が共振周波数よりも高い場合に前記車載コンポーネント側の絶縁劣化を検知し、前記共振周波数よりも低い場合に前記車載電源システム側の絶縁劣化を検知する請求項1に記載の絶縁劣化検知装置。 - 前記判定部は、前記車載コンポーネント側の絶縁劣化を検知するための第1の電圧閾値と、車載電源システム側の絶縁劣化を検知するための第2の電圧閾値とを保有しており、前記発振源から印加される電圧の周波数に応じて上記電圧閾値を切り替え、切り替えた電圧閾値と前記電圧検出部によって検出された両端電圧とを比較することにより、絶縁劣化を検知する請求項2に記載の絶縁劣化検知装置。
- 前記第1素子はコイルである請求項1から請求項3のいずれかに記載の絶縁劣化検知装置。
- 前記車載コンポーネントが、三相交流モータと、前記車載電源システムからの直流電力を3相交流電力に変換して前記三相交流モータに供給するインバータと、前記インバータを駆動制御するインバータ制御回路とを備える車載空調装置のインバータ一体型電動コンプレッサである場合において、前記判定部は、前記インバータ一体型電動コンプレッサ側における絶縁劣化の判定結果を前記インバータ制御回路に出力する請求項1から請求項4のいずれかに記載の絶縁劣化検知装置。
- 前記インバータ一体型電動コンプレッサが、前記インバータよりも前記車載電源システム側の電力ラインに設けられたコイルを備える場合において、前記コイルを前記第1素子として使用する請求項1から請求項5のいずれかに記載の絶縁劣化検知装置。
- 請求項1から請求項6のいずれかに記載の絶縁劣化検知装置を備える車載高電圧系統。
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