JP2013183630A - 車載用充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電流が流れる区間に発生する地絡を検出すること。
【解決手段】車輌に搭載されているバッテリ２２を充電する車載用充電装置１００は、電源から供給される交流電流を直流電流に変換するブリッジ整流器１４と、車載用充電装置１００の回路内に試験電流を流す際に試験電圧を出力し、地絡抵抗の有無に応じて変化する試験電流に基づいて、車載用充電装置１００の回路内の地絡を検出する地絡検出回路２１と、ブリッジ整流器１４が備えるダイオードの順方向電圧より大きい値の試験電圧を出力するように地絡検出回路２１を制御する制御部２３と、を具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車輌に搭載されているバッテリを所定の電源を用いて充電する車載用充電装置に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車などの車輌においては、高電圧のバッテリが搭載されることから、乗車人員の安全を確保するために、地絡検出手段を備えることが必要である。

地絡検出手段の一例として、例えば特許文献１には、直流電源（バッテリ）の地絡を高精度に検出する車両用地絡検出装置が開示されている。この車両用地絡検出装置では、カップリングコンデンサの一端側（測定点Ａ）に矩形波パルス信号を印加し、矩形波パルス信号がＨレベルのときの測定電圧と、矩形波パルス信号がＬレベルのときの測定電圧とを求め、これら測定電圧の差分を基に地絡の発生を検出している。

特開２００３−２５０２０１号公報

しかしながら、上記特許文献１の車両用地絡検出装置には、以下の問題がある。

特許文献１の車両用地絡検出装置において、直流電源が、商用電源からブリッジ整流器を備える充電器を介して充電される場合、ブリッジ整流器にて交流電流から変換された直流電流が、直流電源に供給されることになる。このような場合において、地絡を検出するための矩形波パルス信号が出力されても、地絡検出のための試験電圧がブリッジ整流器を構成するダイオードの順方向電圧（Ｖｆ）より小さいと、試験電流が、交流電流が流れる区間を流れないため、その区間に発生する地絡を検出することができない。

以上のことから、特許文献１の車両用地絡検出装置は、直流電流が流れる区間に発生する地絡を検出することはできるが、交流電流が流れる区間に発生する地絡は検出することができない、という問題がある。

本発明の目的は、交流電流が流れる区間に発生する地絡を検出することができる車載用充電装置を提供することである。

本発明の車載用充電装置は、車輌に搭載されているバッテリを充電する車載用充電装置であって、電源から供給される交流電流を直流電流に変換するブリッジ整流器と、前記ブリッジ整流器が変換した直流電流が流れる側にあり、試験電圧を出力し、地絡抵抗の有無に応じて変化する試験電流に基づいて、前記車載用充電装置に発生する地絡を検出する地絡検出回路と、前記ブリッジ整流器が備えるダイオードの順方向電圧より大きい値の試験電圧を出力するように前記地絡検出回路を制御する制御部と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、交流電流が流れる区間に発生する地絡を検出することができる。

本発明の実施の形態に係る車載用充電装置の構成を示す図 本発明の実施の形態に係る車載用充電装置において試験電圧がＶｆより小さい場合を説明する図 本発明の実施の形態に係る車載用充電装置において試験電圧がＶｆより大きい場合を説明する図 本発明の実施の形態に係る車載用充電装置において試験電圧がＶｆより大きく、かつ交流である場合を説明する図 本発明の実施の形態に係る車載用充電装置の地絡検出動作の一例を示すフロー図 本発明の実施の形態に係る車載用充電装置の試験電圧切り替え動作の一例を示すフロー図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における車載用充電装置１００の構成を示す図である。

車載用充電装置１００は、充電器とバッテリ装置を有する。充電器は、電源回路１０、１次側インバータ１１、１次側トランス１２、２次側トランス１３、ブリッジ整流器１４、チョークコイル１６、コンデンサ１７を有する。また、バッテリ装置は、Ｐ側リレー１８、Ｎ側リレー１９、車体ＧＮＤ（グランド）２０、地絡検出回路２１、バッテリ２２、制御部２３を有する。

充電器において、１次側（電源回路１０、１次側インバータ１１、１次側トランス１２）から供給される交流電流は、２次側トランス１３に入力される。

２次側トランス１３は、１次側トランス１２から入力された交流電流を昇圧または降圧してブリッジ整流器１４に入力する。

ブリッジ整流器１４は、２次側トランス１３から入力された交流電流を整流して直流電流に変換し、その直流電流をチョークコイル１６に入力する。ブリッジ整流器１４は、ダイオード１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを有している。

なお以下では、ブリッジ整流器１４を境として、図中の左側の区間、例えばブリッジ整流器１４と２次側トランス１３との間（ブリッジ整流器１４に対し地絡検出回路２１と反対側）は、交流電流が流れることから、「交流区間」という。一方、ブリッジ整流器１４を境として、図中の右側の区間、例えばブリッジ整流器１４とバッテリ２２との間（ブリッジ整流器１４に対し地絡検出回路２１のある側）は、直流電流が流れることから、「直流区間」という。

チョークコイル１６は、所定のインピーダンスが設定され、コンデンサ１７とローパスフィルタを構成する。そして、制御部２３の制御によりＰ側リレー１８が接続（ＯＮ）した場合に、チョークコイル１６は、ブリッジ整流器１４から入力された直流電流をコンデンサ１７と協働して平滑化する。

平滑化された直流電流は、２次電池であるバッテリ２２へ入力される。これにより、バッテリ２２が充電される。

制御部２３は、Ｐ側リレー１８、Ｎ側リレー１９のＯＮ（接続）／ＯＦＦ（非接続）を制御する。また、制御部２３は、地絡検出回路２１の地絡検出に係る動作を制御する。図１に示す破線の矢印は、制御部２３からの制御信号（指示、命令）を示している。

また、制御部２３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。制御部２３は、ＣＰＵがＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭを使って実行することにより、上記制御および車載用充電装置１００に係るその他の制御を行う。

地絡検出回路２１は、制御部２３から、地絡検出の実行指示とともに、出力（印加）すべき試験電圧の値の指示を受けると、車載用充電装置１００に発生する地絡の検出を実行するために、指示された値の試験電圧を出力する。このとき、制御部２３の制御により、Ｐ側リレー１８、Ｎ側リレー１９がＯＮ（接続）の状態となっている。

地絡検出回路２１から試験電圧が出力されると、車載用充電装置１００では、地絡の発生の有無に応じて、試験電流が変化することになる。地絡検出回路２１は、その試験電流の変化を基に、地絡の発生を検出する。

すなわち、試験電圧が出力された場合において、地絡が発生しているときには所定の値を超える試験電流が流れるが、地絡が発生していないときには、流れる試験電流は所定の値を下回る値しか流れない。このことから、地絡検出回路２１は、試験電圧を出力した際、試験電流が所定値を超えることが検出できれば地絡が発生したことを検出し、試験電流が所定値を超えることが検出できなければ地絡が発生していないことを検出する。所定値は、地絡が発生していない状態における試験電圧に対し、直流区間および交流区間と車体との間のインピーダンスによって生じる、地絡が発生していないときの試験電流よりも大きくなるように予め定める。

なお、地絡が発生しているときに試験電流が流れるルートは、最もインピーダンスの低いルートとなる。また、図１に示す一点鎖線の矢印は、制御部２３への検出結果信号（詳細は後述する）を示している。また、地絡検出回路２１が行う地絡検出の方法については、例えば特許文献１に開示されている方法など、従来一般的に使用されている方法を適用することもできる。

ここで、車載用充電装置１００が行う地絡検出の各例について、図２〜図４を参照して説明する。

図２は、制御部２３から地絡検出回路２１へ指示される試験電圧の値Ｖ１が、ブリッジ整流器１４が備えるダイオード１５ａ、１５ｂ等の順方向電圧Ｖｆより小さい場合を示している。地絡検出回路２１により試験電圧Ｖ１が出力された場合、地絡が発生していれば所定値を上回る試験電流が流れ、地絡が発生していなければ試験電流は所定値を下回る。なお、順方向電圧Ｖｆは、例えば０．５Ｖ〜２Ｖである。

図２の場合では、試験電圧Ｖ１は順方向電圧Ｖｆよりも小さいため、試験電流は、例えばダイオード１５ｂに流れることはできない。よって、試験電流は、交流区間を流れることはなく、直流区間だけを流れることになる。図２に示す太線の矢印は、地絡抵抗Ｒ１が現れたときに流れる試験電流を示している。

したがって、図２の場合において、地絡検出回路２１は、交流区間に発生する地絡（例えば地絡抵抗Ｒ２）を検出することはできず、直流区間だけに発生する地絡（例えば地絡抵抗Ｒ１）を検出することができる。

図３は、制御部２３から地絡検出回路２１へ指示される試験電圧の値Ｖ２が、ブリッジ整流器１４が備えるダイオード１５ａ、１５ｂ等の順方向電圧Ｖｆより大きい場合を示している。地絡検出回路２１により試験電圧Ｖ２が出力された場合、地絡が発生していれば試験電流は所定値を上回り、地絡が発生していなければ試験電流は所定値を下回る。

図３の場合では、試験電圧Ｖ２は順方向電圧Ｖｆよりも大きいため、試験電流は、例えばダイオード１５ｂに流れることができる。よって、試験電流は、交流区間を流れることになる。図３に示す太線の矢印は、地絡抵抗Ｒ２が現れたときに流れる試験電流を示している。

したがって、図３の場合において、地絡検出回路２１は、交流区間に発生する地絡（例えば地絡抵抗Ｒ２）を検出することができる。

図４は、制御部２３から地絡検出回路２１へ指示される試験電圧の値Ｖ２が、ブリッジ整流器１４が備えるダイオード１５ａ、１５ｂ等の順方向電圧Ｖｆより大きく、かつ、試験電圧Ｖ２が交流である場合を示している。図４に示す構成は、図１〜図３に示す構成と比べ、ブリッジ整流器１４と２次側トランス１３との間に、共振コンデンサ２４、２５が備えられている点が異なる。

交流区間に共振コンデンサ２４、２５が備えられている場合、２次側トランス１３と共振コンデンサ２４，２５間の地絡を検出するために、試験電圧Ｖ２が交流区間を流れるためには、試験電圧Ｖ２が、順方向電圧Ｖｆよりも大きいことに加え、交流である必要がある。そこで、図４に示す構成の場合には、あらかじめ地絡検出回路２１が出力する電圧を交流に設定しておく。

図４の場合では、試験電圧Ｖ２は順方向電圧Ｖｆよりも大きく、かつ交流であるため、試験電流は、共振コンデンサ２４、２５が備えられた交流区間を流れることが可能になる。図４に示す太線の矢印は、地絡抵抗Ｒ２が現れたときに流れる試験電流を示している。

したがって、図４の場合において、地絡検出回路２１は、交流区間に発生する地絡（例えば地絡抵抗Ｒ２）を検出することができる。

以上説明したように、本実施の形態の車載用充電装置１００では、地絡検出回路２１が出力する試験電圧を可変としている。これにより、出力する試験電圧をダイオードの順方向電圧より小さい値とすることで、直流区間に発生する地絡を検出できるのはもちろんのこと、出力する試験電圧をダイオードの順方向電圧よりも大きい値とすることで、交流区間に発生する地絡を検出することもできる。さらに、出力する試験電圧をダイオードの順方向電圧よりも大きい値とし、かつ交流とすることで、共振コンデンサが備えられた交流区間に発生する地絡を検出することもできる。

次に、車載用充電装置１００の地絡検出に係る動作例について、図５、図６を参照して説明する。

＜動作例１＞
図５は、車載用充電装置１００の動作例１を示すフロー図である。図５に示す動作は、例えば、充電前に実行される。

まず、バッテリ２２単体に対して地絡検出が行われる（ステップＳ１００）。すなわち、制御部２３は、Ｐ側リレー１８およびＮ側リレー１９をＯＦＦに制御した上で、地絡検出回路２１に対し、地絡検出の実行を指示するとともに、出力すべき試験電圧の値を指示する。この値は、例えば、順方向電圧Ｖｆよりも小さい値Ｖ１である。制御部２３からの指示を受けた地絡検出回路２１は、指示された値の試験電圧を出力し、試験電流と所定値の大小関係を基に地絡検出を実行する。

地絡検出回路２１は、所定値を上回る試験電流を検出した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、その旨を示す信号（検出結果信号）を制御部２３へ出力する。

制御部２３は、地絡検出回路２１から、所定値を上回る試験電流を検出した旨を示す検出結果信号を入力すると、地絡有り（地絡が発生している）と判断する（ステップＳ１０２）。この判断結果は、例えば、図示しないインジケータにより出力されてもよい。

一方、地絡検出回路２１は、所定値を上回る試験電流を検出しなかった場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、その旨を示す検出結果信号を制御部２３へ出力する。

制御部２３は、地絡検出回路２１から、所定値を上回る試験電流を検出しなかった旨を示す検出結果信号を入力すると、Ｐ側リレー１８、Ｎ側リレー１９をオンにする（ステップＳ１０３）。

ここで、車載用充電装置１００の交流区間に対する地絡検出が行われる（ステップＳ１０４）。すなわち、制御部２３は、地絡検出回路２１に対し、地絡検出の実行を指示するとともに、出力すべき試験電圧の値を指示する。この値は、例えば、順方向電圧Ｖｆよりも大きい値Ｖ２である。そして、制御部２３からの指示を受けた地絡検出回路２１は、指示された値の試験電圧を出力し、試験電流と所定値の大小関係を基に地絡検出を実行する。

地絡検出回路２１は、所定値を上回る試験電流を検出した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、その旨を示す検出結果信号を制御部２３へ出力する。この後は、上述したステップＳ１０２へ進む。

一方、地絡検出回路２１は、所定値を上回る試験電流を検出しなかった場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、その旨を示す検出結果信号を制御部２３へ出力する。

制御部２３は、地絡検出回路２１から、所定値を上回る試験電流を検出しなかった旨を示す検出結果信号を入力すると、地絡無し（地絡が発生していない）と判断する（ステップＳ１０６）。この判断結果は、例えば、図示しないインジケータにより出力されてもよい。ステップＳ１０６の後は、バッテリ装置２に対する充電が開始される。

以上が動作例１の説明である。

なお、上記動作例１において、ステップＳ１０４の地絡検出の対象を、直流区間とすることもできる。また、上記動作例１において、試験電圧を交流としてもよい。

＜動作例２＞
図６は、車載用充電装置１００の動作例２を示すフロー図である。図６に示す動作は、動作例１のステップＳ１０４〜Ｓ１０５に置き換えることができる。

まず、試験電圧Ｖ１を用いての地絡検出が行われる（ステップＳ２０１）。すなわち、制御部２３は、地絡検出回路２１に対し、地絡検出の実行を指示するとともに、出力すべき試験電圧の値Ｖ１を指示する。この値Ｖ１は、順方向電圧Ｖｆよりも小さい値である。制御部２３からの指示を受けた地絡検出回路２１は、指示された値Ｖ１の試験電圧を出力し、試験電流と所定値の大小関係を基に、直流区間の地絡検出を実行する。

地絡検出回路２１は、所定値を上回る試験電流を検出した場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、その旨を示す検出結果信号を制御部２３へ出力する。

制御部２３は、地絡検出回路２１から、所定値を上回る試験電流を検出した旨を示す検出結果信号を入力すると、直流区間に地絡有り（地絡が発生している）と判断する（ステップＳ２０３）。この判断結果は、例えば、図示しないインジケータにより出力されてもよい。

一方、地絡検出回路２１は、所定値を上回る試験電流を検出しなかった場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、その旨を示す検出結果信号を制御部２３へ出力する。

制御部２３は、地絡検出回路２１から、所定値を上回る試験電流を検出しなかった旨を示す検出結果信号を入力すると、交流区間に地絡有り（地絡が発生している）と判断する（ステップＳ２０３）。

次に、試験電圧Ｖ２を用いての地絡検出が行われる（ステップＳ２０４）。すなわち、制御部２３は、地絡検出回路２１に対し、地絡検出の実行を指示するとともに、出力すべき試験電圧の値Ｖ２を指示する。この値Ｖ２は、順方向電圧Ｖｆよりも大きい値である。制御部２３からの指示を受けた地絡検出回路２１は、指示された値Ｖ２の試験電圧を出力し、試験電流と所定値の大小関係を基に、直流区間に加えて交流区間の地絡検出を実行する。

地絡検出回路２１は、所定値を上回る試験電流を検出した場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、その旨を示す検出結果信号を制御部２３へ出力する。この後は、上述したステップＳ２０３へ進む。

一方、地絡検出回路２１は、所定値を上回る試験電流を検出しなかった場合（ステップＳ２０５：ＮＯ）、その旨を示す検出結果信号を制御部２３へ出力する。

制御部２３は、地絡検出回路２１から、所定値を上回る試験電流を検出しなかった旨を示す検出結果信号を入力すると、直流区間に加えて交流区間に地絡無し（地絡が発生していない）と判断する（ステップＳ２０６）。この判断結果は、例えば、図示しないインジケータにより出力されてもよい。

以上が動作例２の説明である。ステップＳ２０２にて地絡ありと判断された場合はブリッジ整流器１４の地絡検出回路２１側（直流区間）で地絡が発生したと推定できる。ステップＳ２０２にて地絡なしと判断された後に、ステップＳ２０５にて地絡ありと判断された場合は、ブリッジ整流器１４の地絡検出回路２１と反対側（交流区間）で地絡が発生したと推定できる。

ステップＳ２０２では、試験電圧の値Ｖ１が、順方向電圧Ｖｆよりも小さい値であるため、直流区間の地絡検出が可能である。一方、ステップＳ２０５にて地絡ありと判断した場合は、試験電圧の値Ｖ２が、順方向電圧Ｖｆよりも大きい値であるため、直流区間および交流区間の少なくとも一方における地絡検出が可能である。

ステップＳ２０２とステップＳ２０５を合わせることで、直流区間および交流区間のいずれにて地絡が発生しているかを特定することが可能となる。

このように本動作例のごとく２段階の地絡検出を実現することで、地絡箇所を推定することができる。また、自動的に検出区間（範囲）を変更して、地絡を検出することもできる。なお、本動作例では、検出区間の変更を２段階としたが、２段階以上としてもよい。

また、上記動作例２において、試験電圧を交流としてもよい。

また、地絡を判断する所定値は、試験する区間、与える試験電圧により別々の値としてもよい。

また、上記動作例２を、動作例１のステップＳ１０４〜Ｓ１０５に置き換えることなく、単独で行うようにしてもよい。

また、上記動作例１、２において、試験電圧である交流は正弦波に限らず、矩形波、三角波であってもよい。

本実施の形態によれば、ブリッジ整流器が備えるダイオードの順方向電圧より大きい値の試験電圧を出力するように制御することにより、交流区間に発生する地絡を検出することができる。

また、本実施の形態によれば、出力する試験電圧について、ブリッジ整流器が備えるダイオードの順方向電圧より大きい値と小さい値とを切り替えて出力するように制御することにより、地絡箇所を推定することができる。

また、本実施の形態によれば、出力する試験電圧を交流とすることにより、交流区間に共振コンデンサが備えられる場合でも、交流区間に発生する地絡を検出することができる。

以上、本実施の形態について説明を行ったが、本発明は上記説明に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形を行うことが可能である。

本発明にかかる車載用充電装置は、車輌に搭載されているバッテリを所定の電源を用いて充電する際の地絡検出に好適である。

１０ 電源回路
１１ １次側インバータ
１２ １次側トランス
１３ ２次側トランス
１４ ブリッジ整流器
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ ダイオード
１６ チョークコイル
１７ コンデンサ
１８ Ｐ側リレー
１９ Ｎ側リレー
２０ 車体ＧＮＤ
２１ 地絡検出回路
２２ バッテリ
２３ 制御部
２４、２５ 共振コンデンサ
１００ 車載用充電装置

Claims (5)

1. 車輌に搭載されているバッテリを充電する車載用充電装置であって、
   電源から供給される交流電流を直流電流に変換するブリッジ整流器と、
   前記ブリッジ整流器が変換した直流電流が流れる側にあり、試験電圧を出力し、地絡抵抗の有無に応じて変化する試験電流に基づいて、前記車載用充電装置に発生する地絡を検出する地絡検出回路と、
   前記ブリッジ整流器が備えるダイオードの順方向電圧より大きい値の試験電圧を出力するように前記地絡検出回路を制御する制御部と、
   を具備する車載用充電装置。
2. 前記制御部は、
   前記ブリッジ整流器が備えるダイオードの順方向電圧より大きい値の試験電圧と、前記ブリッジ整流器が備えるダイオードの順方向電圧より小さい値の試験電圧と、を切り替えて出力するように前記地絡検出回路を制御する、
   請求項１記載の車載用充電装置。
3. 前記制御部は、
   試験電圧をダイオードの順方向電圧より小さい値として地絡を検出した場合は、前記ブリッジ整流器の地絡検出回路側の地絡が発生したと判断し、
   試験電圧をダイオードの順方向電圧より小さい値として地絡を検出せず、かつ、試験電圧をダイオードの順方向電圧より大きい値として地絡を検出した場合は、前記ブリッジ整流器の地絡検出回路と反対側で地絡が発生したと判断する、
   請求項２記載の車載用充電装置。
4. 前記試験電圧は、
   交流である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の車載用充電装置。
5. 前記ブリッジ整流器の電源から供給される交流電流が流れる側に共振コンデンサをさらに備える、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の車載用充電装置。
   

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