JP2014138443A - 電動車両および電動車両の絶縁状態判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気システムの絶縁異常の判定精度向上と処理時間の短縮とを両立する電動車両を提供する。
【解決手段】ＳＭＲ４０のリレーＳＭＲＢは、蓄電装置Ｂの正極と正極線ＰＬ１との間に設けられる。ＳＭＲ４０のリレーＳＭＲＧは、蓄電装置Ｂの負極と負極線ＮＬとの間に設けられる。検出器４２は、蓄電装置Ｂの負極に電気的に接続される。制御装置３０は、検出器４２の検出結果である電圧値Ｖｋを受ける。制御装置３０は、リレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧがオフされるときの検出器４２の検出結果と、その後リレーＳＭＲＢのみがオンされるときの検出器４２の検出結果とに基づいて、電気システムの絶縁状態を判定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動車両および電動車両の絶縁状態判定方法に関し、特に、駆動力を発生する電気システムの絶縁状態を判定する技術に関する。

特開２００８−１６７６１７号公報（特許文献１）は、駆動力を発生する駆動装置の絶縁抵抗の低下を検出する検出器を搭載した車両を開示する。この車両においては、車両の停止中に検出器の検出結果に基づいて絶縁低下部位が特定される。そして、その絶縁低下部位に応じて、複数の回転電機のうち次回走行時に動作を許可する回転電機が決定される（特許文献１参照）。

特開２００８−１６７６１７号公報 特開２０１１−６２００３号公報 特開２０１１−１５５７４３号公報 特開２００８−２９１６５号公報

特開２００８−１６７６１７号公報では、絶縁低下部位を特定する際にシステムメインリレーが制御されるが、システムメインリレーをどのように制御するかについての具体的な記載はない。たとえば、システムメインリレーをオン状態からオフ状態に制御するだけでは、絶縁低下部位を誤判定する可能性がある。

また、絶縁低下部位を特定するために正極側のシステムメインリレーと負極側のシステムメインリレーとを同時にオンさせると、突入電流を防止するためのプリチャージ処理や、システムメインリレーを再度オフさせる際のディスチャージ処理を実施する必要がある。さらに、システムメインリレーの溶着チェックも必要になり得るので、全体の処理時間が長くなる。

この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、絶縁異常の判定精度の向上と処理時間の短縮とを両立する電動車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、絶縁異常の判定精度の向上と処理時間の短縮とを両立する電動車両の絶縁状態判定方法を提供することである。

この発明によれば、電動車両は、駆動力を発生する電気システムと、電気システムの絶縁異常を検出するための検出器と、制御装置とを備える。電気システムは、蓄電装置と、駆動装置と、第１および第２のリレーとを含む。駆動装置は、蓄電装置の電力を用いて駆動力を発生する。第１のリレーは、蓄電装置の正極と駆動装置との間に設けられる。第２のリレーは、蓄電装置の負極と駆動装置との間に設けられる。検出器は、蓄電装置に電気的に接続される。制御装置は、第１および第２のリレーが開放されるときの検出器の検出結果と、その後第１および第２のリレーのいずれかが閉成されるときの検出器の検出結果とに基づいて、電気システムの絶縁状態を判定する。

好ましくは、制御装置は、第１および第２のリレーが開放されるときの検出器の検出結果と、その後第１のリレーが閉成されるときの検出器の検出結果とに基づいて、電気システムの絶縁状態を判定する。

好ましくは、第１および第２のリレーが開放されることによって検出器の検出結果が異常から正常に変化し、かつ、その後第１および第２のリレーのいずれかが閉成されても検出器の検出結果が正常を示すとき、制御装置は、電気システムの絶縁状態は不定であると判定する。

好ましくは、第１および第２のリレーが開放されることによって検出器の検出結果が異常から正常に変化し、かつ、その後第１および第２のリレーのいずれかが閉成されることによって検出器の検出結果が異常を示すとき、制御装置は、駆動装置の絶縁抵抗が低下しているものと判定する。

好ましくは、第１および第２のリレーの開放時に検出器の検出結果が異常を示すとき、制御装置は、蓄電装置の絶縁抵抗が低下しているものと判定する。

好ましくは、検出器は、抵抗素子と、交流電源と、容量素子と、電圧検出部とを含む。交流電源は、抵抗素子と車両アースとの間に電気的に接続され、所定の周波数を有する交流電圧を発生する。容量素子は、抵抗素子と蓄電装置との間に電気的に接続される。電圧検出部は、抵抗素子と容量素子との間の電力線における、所定の周波数を有する電圧成分を検出する。

また、この発明によれば、絶縁状態判定方法は、電動車両の絶縁状態判定方法である。電動車両は、駆動力を発生する電気システムと、電気システムの絶縁異常を検出するための検出器とを含む。電気システムは、蓄電装置と、駆動装置と、第１および第２のリレーとを含む。駆動装置は、蓄電装置の電力を用いて駆動力を発生する。第１のリレーは、蓄電装置の正極と駆動装置との間に設けられる。第２のリレーは、蓄電装置の負極と駆動装置との間に設けられる。検出器は、蓄電装置に電気的に接続される。そして、絶縁状態判定方法は、第１および第２のリレーを開放するステップと、第１および第２のリレーの開放後に第１および第２のリレーのいずれかを閉成するステップと、第１および第２のリレーが開放されるときの検出器の検出結果と、第１および第２のリレーのいずれかが閉成されるときの検出器の検出結果とに基づいて、電気システムの絶縁状態を判定するステップとを含む。

好ましくは、判定するステップは、第１および第２のリレーが開放されるときの検出器の検出結果と、第１のリレーが閉成されるときの検出器の検出結果とに基づいて、電気システムの絶縁状態を判定するステップを含む。

この発明においては、第１および第２のリレーが開放されるときの検出器の検出結果だけでなく、その後第１および第２のリレーのいずれかが閉成されるときの検出器の検出結果も用いて電気システムの絶縁状態を判定するので、前者の検出結果だけを用いて絶縁状態を判定する場合に比べて判定精度が向上する。また、第１および第２のリレーの双方が閉成されるのではなく第１および第２のリレーのいずれかが閉成されるので、プリチャージ処理やディスチャージ処理、リレー溶着チェック等は不要である。したがって、この発明によれば、絶縁異常の判定精度の向上と処理時間の短縮とを両立することが可能となる。

この発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体構成図である。 図１に示す検出器の構成を示した図である。 図２に示す検出器による絶縁異常の検出方法を説明するための図である。 図１に示す制御装置の構成を機能的に示す機能ブロック図である。 検出器によって特定可能な絶縁低下部位を説明するための図である。 電気システムの構成図である。 制御装置により実行されるＳＭＲチェックの処理手順を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体構成図である。図１を参照して、ハイブリッド車両１００は、蓄電装置Ｂ、システムメインリレー（以下「ＳＭＲ（System Main Relay）」とも称する。）４０、昇圧コンバータ１２、インバータ１４，２２、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、正極線ＰＬ１，ＰＬ２、負極線ＮＬ、および平滑コンデンサＣ１，Ｃ２を含む電気システムを備える。また、ハイブリッド車両１００は、エンジン４と、動力分割装置３と、車輪２と、制御装置３０と、検出器４２と、電圧センサ１０，１３，２１と、電流センサ１１，２４，２５とをさらに備える。

ハイブリッド車両１００は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびエンジン４を駆動源として搭載する。動力分割装置３には、エンジン４、モータジェネレータＭＧ１、および車輪２の駆動軸が連結される。エンジン４が発生する動力は、動力分割装置３によって２つの経路に分割される。すなわち、一方は車輪２の駆動軸へ伝達される経路であり、他方はモータジェネレータＭＧ１へ伝達される経路である。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４により駆動される発電機として主に動作し、かつ、エンジン４の始動用モータとして動作するものとしてハイブリッド車両１００に組込まれる。モータジェネレータＭＧ２は、車輪２の駆動軸に連結され、車輪２を駆動するモータとしてハイブリッド車両１００に組込まれる。なお、モータジェネレータＭＧ２と車輪２の駆動軸との間に減速機を組込んでもよい。

動力分割装置３は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車によって構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン４のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータＭＧ１の回転軸に連結される。リングギヤは、車輪２の駆動軸（モータジェネレータＭＧ２の回転軸）に連結される。

蓄電装置Ｂは、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等によって構成される。蓄電装置Ｂは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２へ供給される電力を蓄える。また、蓄電装置Ｂは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発電時に昇圧コンバータ１２から正極線ＰＬ１へ出力される直流電力を受けて充電される。

ＳＭＲ４０は、蓄電装置Ｂと昇圧コンバータ１２との間に設けられる。ＳＭＲ４０は、リレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＰ，ＳＭＲＧと、抵抗Ｒとを含む。リレーＳＭＲＢは、蓄電装置Ｂの正極と正極線ＰＬ１との間に接続される。リレーＳＭＲＧは、蓄電装置Ｂの負極と負極線ＮＬとの間に接続される。リレーＳＭＲＰおよび抵抗Ｒは、直列に接続され、リレーＳＭＲＧに並列に接続される。リレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＰ，ＳＭＲＧは、それぞれ制御装置３０からの信号ＳＥＢ，ＳＥＰ，ＳＥＧに応答してオン／オフされる。

なお、リレーＳＭＲＰおよび抵抗Ｒは、蓄電装置Ｂから平滑コンデンサＣ１，Ｃ２へ突入電流が流れるのを防止するためのプリチャージ回路を形成する。すなわち、リレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧがオンされる前にリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＰがオンされ、抵抗Ｒにより電流を制限しながら平滑コンデンサＣ１，Ｃ２が予め充電される。これにより、リレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧがオンされるときに突入電流が流れるのを防止する。

昇圧コンバータ１２は、蓄電装置Ｂとインバータ１４，２２との間に設けられる。昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬと、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する。）Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に逆並列に接続される。リアクトルＬの一端は、正極線ＰＬ１に接続され、他端は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続ノードに接続される。

なお、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２およびインバータ１４，２２に用いられる後述のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８には、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＧＴＯ（Gate Turn Off thyristor）等を用いることができる。

昇圧コンバータ１２は、制御装置３０からの信号ＰＷＣに応答してスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフさせることによって、正極線ＰＬ２の電圧を蓄電装置Ｂの出力電圧以上に昇圧する。具体的には、昇圧コンバータ１２は、スイッチング素子Ｑ２のオン時に流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積し、スイッチング素子Ｑ２のオフ時にダイオードＤ１を介して蓄積エネルギーを正極線ＰＬ２へ放出することによって正極線ＰＬ２の電圧を昇圧する。

インバータ１４，２２は、それぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対応して設けられる。インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、ダイオードＤ３，Ｄ４を含む。スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ３，Ｄ４は、それぞれスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４に逆並列に接続される。スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードにモータジェネレータＭＧ１のＵ相コイルが接続される。

Ｖ相アーム１６は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、ダイオードＤ５，Ｄ６を含む。スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ５，Ｄ６は、それぞれスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６に逆並列に接続される。スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードにモータジェネレータＭＧ１のＶ相コイルが接続される。

Ｗ相アーム１７は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８と、ダイオードＤ７，Ｄ８を含む。スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に直列に接続される。ダイオードＤ７，Ｄ８は、それぞれスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８に逆並列に接続される。スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードにモータジェネレータＭＧ１のＷ相コイルが接続される。

インバータ２２も、インバータ１４と同様に、正極線ＰＬ２および負極線ＮＬに接続され、図示されないＵ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。インバータ２２のＵ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれモータジェネレータＭＧ２のＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに接続される。

インバータ１４は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ１に基づいて、エンジン４の出力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電した交流電力を直流電力に変換し、その変換した直流電力を正極線ＰＬ２へ出力する。インバータ２２は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて、正極線ＰＬ２から受ける直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、交流電動機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された永久磁石型交流同期モータによって構成される。モータジェネレータＭＧ１は、動力分割装置３を介して受けるエンジン４の動力を用いて交流電力を発生し、その発生した交流電力をインバータ１４へ出力する。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ２２から受ける交流電力によって、車輪２を駆動するためのトルクを発生する。

平滑コンデンサＣ１は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬとの間に電気的に接続され、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬとの間の電圧変動の交流成分を平滑化する。平滑コンデンサＣ２は、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間に電気的に接続され、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間の電圧変動の交流成分を平滑化する。

検出器４２は、電気システム（蓄電装置Ｂ、ＳＭＲ４０、昇圧コンバータ１２、インバータ１４，２２、およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を含む。）の絶縁異常を検出するための機器である。検出器４２は、蓄電装置Ｂの負極（ＳＭＲ４０よりも蓄電装置Ｂ側）に電気的に接続される。そして、検出器４２は、後述のように、所定の周波数を有する交流電圧を電気システムに印加し、電気システムの絶縁低下に応じて低下する電圧値Ｖｋを生成して制御装置３０へ出力する。なお、検出器４２の構成については、後ほど説明する。

電圧センサ１０は、蓄電装置Ｂの電圧ＶＢを検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。電流センサ１１は、蓄電装置Ｂに対して入出力される電流ＩＢを検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。電圧センサ２１は、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧、すなわち正極線ＰＬ１と負極線ＮＬとの間の電圧ＶＬを検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧、すなわち正極線ＰＬ２と負極線ＮＬとの間の電圧ＶＨを検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。電流センサ２５は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行するソフトウェア処理および／または電子回路によるハードウェア処理により、ＳＭＲ４０、昇圧コンバータ１２、インバータ１４，２２、およびエンジン４を制御する。

また、制御装置３０は、検出器４２から電圧値Ｖｋを受ける。そして、制御装置３０は、ＳＭＲ４０がオン状態からオフ状態にされるとき（たとえば車両システムの停止時）の電圧値Ｖｋと、続いて正極側のリレーＳＭＲＢのみがオンされるときの電圧値Ｖｋとに基づいて、電気システムの絶縁状態（絶縁抵抗の低下の有無）を判定する。なお、制御装置３０の構成（機能的構成）については、後ほど詳しく説明する。

図２は、図１に示した検出器４２の構成を示した図である。図２を参照して、検出器４２は、交流電源６１と、抵抗素子６２と、コンデンサ６３と、バンドパスフィルタ６４と、ピークホールド回路６５とを含む。

交流電源６１および抵抗素子６２は、ノードＮＤと車両アースＧＮＤ（車両のシャーシ）との間に直列に接続される。コンデンサ６３は、ノードＮＤと蓄電装置Ｂの負極との間に接続される。なお、図１においてＳＭＲ４０より昇圧コンバータ１２側の回路全体を、図２では駆動装置７０として示す。

交流電源６１は、低周波数の交流電圧、たとえば２．５Ｈｚ，０〜５Ｖの交流電圧を出力する。バンドパスフィルタ６４は、ノードＮＤに接続され、交流電源６１が出力する交流電圧の周波数成分（たとえば２．５Ｈｚ）を抽出してピークホールド回路６５へ出力する。ピークホールド回路６５は、バンドパスフィルタ６４から受ける交流電圧のピークを保持し、その保持した電圧値Ｖｋを制御装置３０へ出力する。この電圧値Ｖｋは、検出器４２が接続される電気システムに絶縁異常（絶縁抵抗の低下）が発生すると低下する。

図３は、図２に示した検出器４２による絶縁異常の検出方法を説明するための図である。図３とともに図２を参照して、交流電圧ＶＮ１は、バンドパスフィルタ６４から出力される交流電圧である。波形ＷＶ１は、蓄電装置Ｂおよび駆動装置７０において絶縁異常（絶縁抵抗の低下）が発生していないときの交流電圧ＶＮ１の波形である。波形ＷＶ２は、蓄電装置Ｂおよび駆動装置７０の少なくとも一方において絶縁異常が発生しているときの交流電圧ＶＮ１の波形である。

ピークホールド回路６５は、交流電圧ＶＮ１が波形ＷＶ１であるとき、ピーク間の電圧値Ｖｋ１を電圧値Ｖｋとして制御装置３０へ出力する。また、ピークホールド回路６５は、交流電圧ＶＮ１が波形ＷＶ２であるとき、ピーク間の電圧値Ｖｋ２（＜Ｖｋ１）を電圧値Ｖｋとして制御装置３０へ出力する。電圧値Ｖｋ１と電圧値Ｖｋ２とを区別可能な適当なしきい値を設けることにより、電圧値Ｖｋに基づいて電気システムの絶縁異常を検出することができる。

図４は、図１に示した制御装置３０の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図４とともに図１を参照して、制御装置３０は、コンバータ制御部３２と、インバータ制御部３４と、リレー制御部３６と、絶縁低下判定部３８とを含む。

コンバータ制御部３２は、電圧センサ１３によって検出される電圧ＶＨが所定の目標値となるように、昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＣを生成する。なお、電圧ＶＨの目標値は、たとえばモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２に基づいて決定される。また、コンバータ制御部３２は、絶縁低下判定部３８からの指令に従って、昇圧コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフさせるための信号ＰＷＣを生成する。

インバータ制御部３４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１とモータ回転数ＭＲＮ１とに基づいて、インバータ１４を駆動するための信号ＰＷＭＩ１を生成する。同様に、インバータ制御部３４は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２とモータ回転数ＭＲＮ２とに基づいて、インバータ２２を駆動するための信号ＰＷＭＩ２を生成する。また、インバータ制御部３４は、絶縁低下判定部３８からの指令に従って、インバータ１４，２２のスイッチング素子をオン／オフさせるための信号ＰＷＭＩ１，ＰＷＭＩ２を生成する。

リレー制御部３６は、車両システムの起動時や停止時（たとえば、イグニッションスイッチやスタートスイッチのオン操作時やオフ操作時）にＳＭＲ４０のリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＰ，ＳＭＲＧが所定のオン／オフ動作を行なうように、リレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＰ，ＳＭＲＧをそれぞれ駆動するための信号ＳＥＢ，ＳＥＰ，ＳＥＧを生成する。また、リレー制御部３６は、絶縁低下判定部３８からの指令に従って、正極側のリレーＳＭＲＢをオン／オフさせるための信号ＳＥＢを生成する。

絶縁低下判定部３８は、検出器４２から受ける電圧値Ｖｋに基づいて、電気システムの絶縁状態を判定する。絶縁低下判定部３８は、さらに、電気システムにおいて絶縁低下が生じた部位（領域）を特定する。

図５は、検出器４２によって特定可能な絶縁低下部位を説明するための図である。図５を参照して、ハイブリッド車両１００の電気システムは、領域ＡＲ１〜ＡＲ４に分割される。領域ＡＲ１は、蓄電装置Ｂを含む領域である。領域ＡＲ２は、昇圧コンバータ１２とインバータ１４，２２とを含む領域である。領域ＡＲ３，ＡＲ４は、それぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を含む領域である。なお、ＳＭＲ４０は、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２との境界上に位置する。

なお、以下では、領域ＡＲ１〜ＡＲ４をそれぞれ「電池エリアＡＲ１」、「直流エリアＡＲ２」、「ＭＧ１エリアＡＲ３」、および「ＭＧ２エリアＡＲ４」とも称する。

再び図４を参照して、絶縁低下判定部３８は、ＳＭＲ４０をオン／オフさせたときの電圧値Ｖｋに基づいて、電池エリアＡＲ１に絶縁異常（絶縁低下）が発生しているか否かを判定する（以下、この判定処理を「ＳＭＲチェック」とも称する。）。このＳＭＲチェックは、ＳＭＲ４０のオン中（たとえば走行中）に電圧値Ｖｋの低下によって電気システムの絶縁異常が検知された場合に、たとえば車両システムの停止時に実施される。

具体的には、絶縁低下判定部３８は、車両システムの停止に伴ないＳＭＲ４０がオフされても電圧値Ｖｋが異常範囲（低下）のままであれば、電池エリアＡＲ１の絶縁異常が発生しているものと判定する。一方、ＳＭＲ４０のオフとともに電圧値Ｖｋが正常範囲に復帰（上昇）した場合、電池エリアＡＲ１外の領域で絶縁異常が発生していると直ちに判定することはできない。

すなわち、実際は電池エリアＡＲ１において絶縁異常が発生していたにも拘わらず、ＳＭＲ４０をオフしたタイミングあるいはその直後に電池エリアＡＲ１の絶縁状態が正常範囲に復帰したような場合、電池エリアＡＲ１以外の領域（領域ＡＲ２〜ＡＲ４の少なくとも１領域）で絶縁異常が発生しているものと誤判定してしまう。このような誤判定は、昇圧コンバータ１２やインバータ１４，２２、あるいはモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を誤って交換し得ることにもなり、できる限り回避されなければならない。

そこで、この実施の形態では、上記のような誤判定を回避するために、車両システムの停止に伴ないＳＭＲ４０がオフされた後、再びＳＭＲ４０をオンさせて電圧値Ｖｋの変化を確認する。そして、ＳＭＲ４０のオンとともに電圧値Ｖｋが低下すれば、電池エリアＡＲ１以外の領域で絶縁異常が発生していると判定される。

ここで、ＳＭＲ４０を正極側および負極側ともにオンさせると、蓄電装置Ｂから平滑コンデンサＣ１，Ｃ２への突入電流を防止するためにプリチャージ処理が必要になる。また、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２に充電された電荷を放電させるためのディスチャージ処理やＳＭＲ４０の溶着チェックも必要になり、ＳＭＲチェックの処理時間が長くなる。そこで、この実施の形態では、ＳＭＲ４０を正極側および負極側ともにオンさせるのではなく、正極側のリレーＳＭＲＢおよび負極側のリレーＳＭＲＧ（またはリレーＳＭＲＰ）のいずれか一方のみをオンさせる。この実施の形態では、リレーＳＭＲＢのみがオンされる。

図６に示されるように、正極側のリレーＳＭＲＢのみがオンされ、負極側のリレーＳＭＲＧ，ＳＭＲＰはオフされているので、蓄電装置Ｂに蓄えられた電力が平滑コンデンサＣ１，Ｃ２へ流れることはない。したがって、プリチャージ処理やディスチャージ処理、ＳＭＲ溶着チェック等を実施する必要はない。一方、リレーＳＭＲＢをオンにすることによって、リレーＳＭＲＢを介して検出器４２の出力を昇圧コンバータ１２、インバータ１４，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に与えることができ、電池エリアＡＲ１以外の領域で絶縁異常が生じているか否かを判定することが可能である。

なお、ＳＭＲ４０のリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧ（ＳＭＲＰ）のうち正極側のリレーＳＭＲＢをオンさせることとしたのは、負極側のリレーＳＭＲＧ（ＳＭＲＰ）をオンさせる場合よりもリレーＳＭＲＢをオンさせる場合の方が、検出器４２の出力が早期に安定するからである。すなわち、リレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧ（ＳＭＲＰ）のいずれかのみをオンさせると、蓄電装置Ｂから正極線ＰＬ１および負極線ＮＬへ電力が流れることはないけれども、接地電圧に対する蓄電装置Ｂの電圧レベルは変化する（極間電圧は変化しない）。これにより、検出器４２のコンデンサ６３（図２）の電荷状態が変化し、検出器４２の出力が一時的に変動する。この変動が収束するまでの時間が、正極のリレーＳＭＲＢをオンさせる場合の方が短いので、この実施の形態では、正極のリレーＳＭＲＢをオンさせることとしている。但し、負極側のリレーＳＭＲＧ（ＳＭＲＰ）のみをオンさせる場合もプリチャージ処理等は不要であるので、ＳＭＲ４０の両極のリレーをオンさせる場合に比べればＳＭＲチェックの処理時間を大幅に短縮できる。

なお、上記のＳＭＲチェックでは、車両システムの停止に伴ないＳＭＲ４０がオフされた後、再びリレーＳＭＲＢをオンさせて検出器４２の検出値（電圧値Ｖｋ）の変化が確認される。したがって、車両システムの停止後も、ＳＭＲチェックが実施可能なように、制御装置３０や検出器４２、ＳＭＲ４０等に対しては動作電力が供給される。

再び図４を参照して、絶縁低下判定部３８は、検出器４２からの電圧値Ｖｋに基づいて、直流エリアＡＲ２、ＭＧ１エリアＡＲ３またはＭＧ２エリアＡＲ４に絶縁異常（絶縁低下）が発生しているか否かを判定する。この判定処理は、ＳＭＲ４０のオン中（たとえば車両システムの起動直後や停止直前）に実施される。なお、上記のＳＭＲチェックにおいてリレーＳＭＲＢがオンしているときに実施することも可能である。

たとえば、絶縁低下判定部３８は、インバータ１４，２２のスイッチング素子が全てオフされた状態で、昇圧コンバータ１２のスイッチング素子をオン／オフさせたときの電圧値Ｖｋの低下の有無に基づいて、直流エリアＡＲ２に絶縁異常が発生しているか否かを判定する。また、絶縁低下判定部３８は、インバータ１４のスイッチング素子をオン／オフさせたときの電圧値Ｖｋの低下の有無に基づいて、ＭＧ１エリアＡＲ３に絶縁異常が発生しているか否かを判定する。また、絶縁低下判定部３８は、インバータ２２のスイッチング素子をオン／オフさせたときの電圧値Ｖｋの低下の有無に基づいて、ＭＧ２エリアＡＲ４に絶縁異常が発生しているか否かを判定する。絶縁低下判定部３８は、上記の処理に伴なう昇圧コンバータ１２の動作指令をコンバータ制御部３２へ出力し、上記の処理に伴なうインバータ１４，２２の動作指令をインバータ制御部３４へ出力する。

図７は、制御装置３０により実行されるＳＭＲチェックの処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、フローチャート中の各ステップについては、制御装置３０に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出され、所定周期または所定の条件が成立する毎に実行されることによって実現される。あるいは、全部または一部のステップについて、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図７とともに図１を参照して、制御装置３０は、検出器４２からの電圧値Ｖｋに基づいて、電気システムの絶縁異常（絶縁低下）が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１０）。たとえば、電圧値Ｖｋに対して適当なしきい値が設けられ、電圧値Ｖｋがしきい値を下回ると絶縁異常が検出される。絶縁異常が検出されていないときは（ステップＳ１０においてＮＯ）、制御装置３０は、以降の一連の処理を実行することなくステップＳ１３０へ処理を移行する。

ステップＳ１０において電気システムの絶縁異常が検出されたと判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、制御装置３０は、ＳＭＲ４０がオン状態からオフ状態に切替えられたか否かを判定する（ステップＳ２０）。たとえば、イグニッションスイッチやスタートスイッチのオフ操作時に、ＳＭＲ４０はオン状態からオフ状態に切替えられる。そこで、ステップＳ２０において、ＳＭＲ４０の動作に代えてイグニッションスイッチやスタートスイッチがオフ操作されたか否かを判定してもよい。

なお、イグニッションスイッチやスタートスイッチがオフ操作されても、以降の処理が実行可能なように、制御装置３０や検出器４２、ＳＭＲ４０等に対しては動作電力が供給される。

ＳＭＲ４０がオン状態のときは（ステップＳ２０においてＮＯ）、ステップＳ１３０へ処理が移行される。ＳＭＲ４０がオン状態からオフ状態に切替えられると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御装置３０は、電池エリアＡＲ１の絶縁チェック（ＳＭＲチェック）が未完了であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。電池エリアＡＲ１の絶縁チェックが既に完了しているときは（ステップＳ３０においてＮＯ）、ステップＳ１３０へ処理が移行される。

ステップＳ３０において電池エリアＡＲ１の絶縁チェックが未完了であると判定されると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、制御装置３０は、検出器４２の検出値である電圧値Ｖｋを取得する（ステップＳ４０）。次いで、制御装置３０は、検出値が正常範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ５０）。具体的には、電圧値Ｖｋがしきい値よりも大きければ、検出値が正常範囲にあると判定され、電圧値Ｖｋがしきい値よりも小さければ、検出値が異常範囲にあると判定される。

電圧値Ｖｋが低下しており、検出値は異常範囲にあると判定されると（ステップＳ５０においてＮＯ）、ステップＳ２０においてＳＭＲ４０がオフにされて領域ＡＲ２〜ＡＲ４が検出器４２から電気的に切離されたにも拘わらず電圧値Ｖｋが低下していることから、制御装置３０は、電池エリアＡＲ１で絶縁異常（絶縁低下）が発生しているものと判定する（ステップＳ６０）。

一方、ステップＳ５０において検出値は正常範囲にあると判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、制御装置３０は、ＳＭＲ４０の正極側のリレーＳＭＲＢのみをオンさせる（ステップＳ７０）。そして、制御装置３０は、検出器４２の検出値が異常範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ８０）。

リレーＳＭＲＢをオンさせても電圧値Ｖｋが低下せず、検出値は正常範囲にあると判定されると（ステップＳ８０においてＮＯ）、この場合は電池エリアＡＲ１外（すなわち、直流エリアＡＲ２、ＭＧ１エリアＡＲ３またはＭＧ２エリアＡＲ４）で絶縁異常（絶縁低下）が発生していると断定することはできず、制御装置３０は、電気システムの絶縁状態は「不定」であると判定する（ステップＳ９０）。これによって、電池エリアＡＲ１外で絶縁異常が生じているとの誤判定が回避される。

一方、ステップＳ７０においてリレーＳＭＲＢをオンさせたことにより電圧値Ｖｋが低下し、ステップＳ８０において検出器４２の検出値が異常範囲にあると判定されると（ステップＳ８０においてＹＥＳ）、制御装置３０は、リレーＳＭＲＢをオフにする（ステップＳ１００）。そして、検出器４２の検出値が正常範囲にあるか否かが再び判定され（ステップＳ１１０）、検出値は正常範囲にあると判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、制御装置３０は、電池エリアＡＲ１外で絶縁異常（絶縁低下）が発生しているものと判定する（ステップＳ１２０）。

なお、ステップＳ１００においてリレーＳＭＲＢをオフにしても電圧値Ｖｋが低下したままであり、検出器４２の検出値が異常範囲にあると判定されると（ステップＳ１１０においてＮＯ）、制御装置３０は、ステップＳ９０へ処理を移行し、電気システムの絶縁状態は「不定」であると判定される。

なお、ステップＳ１１０の処理は、リレーＳＭＲＢを最終的にオフにする際に確認的に行なわれるものであり、ステップＳ１１０は省略してもよい。

以上のように、この実施の形態においては、ＳＭＲ４０がオフされるときの検出器４２の検出結果（電圧値Ｖｋ）だけでなく、その後にリレーＳＭＲＢのみがオンされるときの検出器４２の検出結果も用いて電気システムの絶縁状態が判定される。これにより、前者の検出結果だけを用いて絶縁状態を判定する場合に比べて判定精度が向上する。また、ＳＭＲ４０のオフ後にリレーＳＭＲＢのみをオンさせるので、両極のリレーをオンさせる場合に実行する必要があるプリチャージ処理やディスチャージ処理、リレー溶着チェック等が不要である。したがって、この実施の形態によれば、絶縁異常の判定精度の向上と処理時間の短縮とを両立することが可能となる。

また、この実施の形態によれば、ＳＭＲ４０のオフ後に正極側のリレーＳＭＲＢをオンさせるようにしたので、負極側のリレーＳＭＲＧ（あるいはＳＭＲＰ）をオンさせる場合に比べてＳＭＲチェックの時間を短くすることができる。なお、負極側のリレーＳＭＲＧ（あるいはＳＭＲＰ）をオンさせる場合でも、両極のリレーをオンさせる場合に比べればＳＭＲチェックにかかる時間を大幅に短縮可能である。

なお、上記の実施の形態では、検出器４２は、蓄電装置Ｂの負極側に電気的に接続されるものとしたが、蓄電装置Ｂの正極側に検出器４２を接続してもよい。また、ＳＭＲ４０において、リレーＳＭＲＰおよび抵抗Ｒは負極側に設けられるものとしたが、リレーＳＭＲＰおよび抵抗Ｒを正極側に設けてもよい。

また、上記の実施の形態では、電気システムは、昇圧コンバータ１２を備えるものとしたが、この発明は、昇圧コンバータ１２を備えない電気システムを搭載した車両にも適用可能である。また、電気システムは、たとえば電動エアコンおよびそれを駆動するインバータ等をさらに備えてもよい。

また、上記の実施の形態では、電動車両は、エンジン４を搭載したハイブリッド車両としたが、この発明の適用範囲は、上記のようなハイブリッド車両に限定されるものではなく、エンジンを搭載しない電気自動車や、エネルギー源として燃料電池をさらに搭載した燃料電池車等も含むものである。

なお、上記において、昇圧コンバータ１２、インバータ１４，２２、およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、この発明における「駆動装置」の一実施例を形成し、ＳＭＲ４０のリレーＳＭＲＢは、この発明における「第１のリレー」の一実施例に対応する。また、ＳＭＲ４０のリレーＳＭＲＧまたはリレーＳＭＲＰは、この発明における「第２のリレー」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ 車輪、３ 動力分割装置、４ エンジン、１０，１３，２１ 電圧センサ、１１，２４，２５ 電流センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、３０ 制御装置、３２ コンバータ制御部、３４ インバータ制御部、３６ リレー制御部、３８ 絶縁低下判定部、４０ ＳＭＲ、４２ 検出器、６１ 交流電源、６２，Ｒ 抵抗、６３ コンデンサ、６４ バンドパスフィルタ、６５ ピークホールド回路、７０ 駆動装置、１００ ハイブリッド車両、Ｂ 蓄電装置、ＳＭＲＢ，ＳＭＲＧ，ＳＭＲＰ リレー、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＮＬ 負極線、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＡＲ１〜ＡＲ４ 領域。

Claims (8)

1. 駆動力を発生する電気システムと、
   前記電気システムの絶縁異常を検出するための検出器とを備え、
   前記電気システムは、
   蓄電装置と、
   前記蓄電装置の電力を用いて駆動力を発生する駆動装置と、
   前記蓄電装置の正極と前記駆動装置との間に設けられる第１のリレーと、
   前記蓄電装置の負極と前記駆動装置との間に設けられる第２のリレーとを含み、
   前記検出器は、前記蓄電装置に電気的に接続され、さらに
   前記第１および第２のリレーが開放されるときの前記検出器の検出結果と、その後前記第１および第２のリレーのいずれかが閉成されるときの前記検出器の検出結果とに基づいて、前記電気システムの絶縁状態を判定する制御装置を備える、電動車両。
2. 前記制御装置は、前記第１および第２のリレーが開放されるときの前記検出器の検出結果と、その後前記第１のリレーが閉成されるときの前記検出器の検出結果とに基づいて、前記電気システムの絶縁状態を判定する、請求項１に記載の電動車両。
3. 前記第１および第２のリレーが開放されることによって前記検出器の検出結果が異常から正常に変化し、かつ、その後前記第１および第２のリレーのいずれかが閉成されても前記検出器の検出結果が正常を示すとき、前記制御装置は、前記電気システムの絶縁状態は不定であると判定する、請求項１または２に記載の電動車両。
4. 前記第１および第２のリレーが開放されることによって前記検出器の検出結果が異常から正常に変化し、かつ、その後前記第１および第２のリレーのいずれかが閉成されることによって前記検出器の検出結果が異常を示すとき、前記制御装置は、前記駆動装置の絶縁抵抗が低下しているものと判定する、請求項１または２に記載の電動車両。
5. 前記第１および第２のリレーの開放時に前記検出器の検出結果が異常を示すとき、前記制御装置は、前記蓄電装置の絶縁抵抗が低下しているものと判定する、請求項１または２に記載の電動車両。
6. 前記検出器は、
   抵抗素子と、
   前記抵抗素子と車両アースとの間に電気的に接続され、所定の周波数を有する交流電圧を発生する交流電源と、
   前記抵抗素子と前記蓄電装置との間に電気的に接続される容量素子と、
   前記抵抗素子と前記容量素子との間の電力線における、前記所定の周波数を有する電圧成分を検出する電圧検出部とを含む、請求項１に記載の電動車両。
7. 電動車両の絶縁状態判定方法であって、
   前記電動車両は、
   駆動力を発生する電気システムと、
   前記電気システムの絶縁異常を検出するための検出器とを含み、
   前記電気システムは、
   蓄電装置と、
   前記蓄電装置の電力を用いて駆動力を発生する駆動装置と、
   前記蓄電装置の正極と前記駆動装置との間に設けられる第１のリレーと、
   前記蓄電装置の負極と前記駆動装置との間に設けられる第２のリレーとを含み、
   前記検出器は、前記蓄電装置に電気的に接続され、
   前記絶縁状態判定方法は、
   前記第１および第２のリレーを開放するステップと、
   前記第１および第２のリレーの開放後に前記第１および第２のリレーのいずれかを閉成するステップと、
   前記第１および第２のリレーが開放されるときの前記検出器の検出結果と、前記第１および第２のリレーのいずれかが閉成されるときの前記検出器の検出結果とに基づいて、前記電気システムの絶縁状態を判定するステップとを含む、電動車両の絶縁状態判定方法。
8. 前記判定するステップは、前記第１および第２のリレーが開放されるときの前記検出器の検出結果と、前記第１のリレーが閉成されるときの前記検出器の検出結果とに基づいて、前記電気システムの絶縁状態を判定するステップを含む、請求項７に記載の電動車両の絶縁状態判定方法。

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