JP2015126572A

JP2015126572A - 電動車両の異常検出装置

Info

Publication number: JP2015126572A
Application number: JP2013268105A
Authority: JP
Inventors: 俊哉田邉; Toshiya Tanabe
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2015-07-06
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: JP6311859B2

Abstract

【課題】高圧回路系の接続異常を比較的容易且つ正確に判定することができる電動車両の異常検出装置を提供する。【解決手段】交流信号を出力する信号出力部２２と、信号出力部２２とカップリングコンデンサ２１との間の部分で交流信号を受信する信号受信部２３と、信号受信部２３で受信した受信信号の振幅または波長に基づいて高圧回路系５の接続異常の有無を判定する異常判定部２４と、を具備する構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両に搭載され、走行用モータに電力を供給するための高圧バッテリを含む高圧回路系の異常を検出する異常検出装置に関し、特に、高圧回路系の接続異常を簡易に判別する技術に関する。

近年、電気自動車（ＢＥＶ）やプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等の電動車両が多数実用化されている。このような電動車両は、走行用モータと、走行用モータに電力を供給するための高圧バッテリが収容されたバッテリパックと、を備えている。また高圧バッテリには、一般的に、その接続異常を検出するための異常検出装置、例えば、高圧バッテリの漏電を検出するための漏電検出装置（漏電センサ）が接続されている。

ところで、バッテリパックの組立後には、異常検出装置によって、高圧バッテリを含む高圧回路系の接続状態を確認する試験が行われている。したがって、基本的には、高圧回路系の接続状態は、車両走行時には良好な状態に保持されている。しかしながら、例えば、車両走行時の振動や衝撃等により、高圧回路系の接触異常が生じてしまう虞はある。

このような接触異常の発見を目的として、漏電検出装置（漏電センサ）がプリチェック回路（自己診断回路）を備えるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１８１３６８号公報

この特許文献１の漏電検出装置によれば、高圧バッテリを含む高圧回路系の接続異常を所定のタイミングで自己診断することはできる。ただし、自己診断のための新たな回路を設ける必要があり、装置構成が複雑化すると共に、コストが増加するといった問題が生じる虞がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高圧回路系の接続異常を比較的容易且つ正確に判定することができる電動車両の異常検出装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、走行用モータに電力を供給する高圧バッテリを備える電動車両に搭載され、前記高圧バッテリを含む高圧回路系にカップリングコンデンサを介して接続され当該高圧回路系の異常を検出する異常検出装置であって、交流信号を出力する信号出力部と、前記信号出力部と前記カップリングコンデンサとの間の部分で交流信号を受信する信号受信部と、前記信号受信部で受信した受信信号の振幅または波長に基づいて前記高圧回路系の接続異常の有無を判定する異常判定部と、を具備することを特徴とする電動車両の異常検出装置にある。

本発明の第２の態様は、第１の態様の電動車両の異常検出装置において、前記異常判定部は、所定の判定期間内における前記信号受信部で受信した受信信号の電圧波形の振幅または波長の最大変化量が、予め設定された第２の判定値よりも小さい場合に、前記高圧回路系に接続異常が有ると判定することを特徴とする電動車両の異常検出装置にある。

本発明の第３の態様は、第２の態様の電動車両の異常検出装置において、前記異常判定部は、前記電動車両が過渡運転状態である場合に、前記高圧回路系の接続異常の有無を判定することを特徴とする電動車両の異常検出装置にある。

本発明の第４の態様は、第１から３の何れか一つの態様の電動車両の異常検出装置において、前記異常判定部は、前記信号受信部で受信した受信信号の振幅または波長に基づいて前記高圧回路系の漏電の有無を判定し、当該高圧回路系の漏電が無い場合に前記高圧回路系の接続異常の有無を判定することを特徴とする電動車両の異常検出装置にある。

かかる本発明の電動車両の異常検出装置では、比較的簡易な構成で、高圧回路系の接続異常の有無を検出することができる。

本発明の一実施形態に係る異常検出装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る異常検出装置で検出する電圧波形の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る異常検出装置で検出する電圧波形の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る異常検出装置で検出する抵抗値の変化の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、電動車両の一例である電気自動車１は、走行用モータ２を備え、この走行用モータ２の駆動力によって走行する。走行用モータ２には、インバータ３ａを含むモータ制御部（ＭＣＵ）３を介して二次電池である高圧バッテリ４に電気的に接続されている。すなわち高圧バッテリ４は、走行用モータ２、インバータ３ａを含むＭＣＵ３等と接続されて高圧回路系５を形成している。この高圧バッテリ４は、本実施形態では、複数のバッテリセル６が直列に接続されてなり、高圧バッテリ４のプラス側及びマイナス側には、それぞれコンタクタ７が設けられている。

高圧バッテリ４は、高圧バッテリ４に関する制御を統括するバッテリ制御部（ＢＭＵ）８と共に、バッテリケース９内に収容されている。バッテリ制御部８は、例えば、コンタクタ７を適宜作動させて、高圧バッテリ４から走行用モータ２への電力供給を制御する。なお図示は省略するが、モータ制御部（ＭＣＵ）３及びバッテリ制御部（ＢＭＵ）８は電気自動車１の総合的な制御を行う電子制御部（ＥＣＵ）に接続されている。

またバッテリ制御部８は、高圧バッテリ４の異常を検出する異常検出装置（例えば、漏電を検出する漏電センサ）２０を備えている。異常検出装置２０は、カップリングコンデンサ２１を介して高圧回路系５に接続されている。具体的には、異常検出装置２０は、高圧バッテリ４のマイナス側で高圧回路系５に接続されている。

この異常検出装置２０は、信号発信部２２と信号受信部２３とを備えている。信号発信部２２及び信号受信部２３は、それぞれ異常判定部（マイコン）２４に接続されている。異常判定部２４が、これら信号発信部２２の動作を適宜制御すると共に、後述するように信号受信部２３の受信信号に基づいて高圧回路系の接続異常の有無を判定する。

信号発信部２２は、図示は省略するが交流電源と検出抵抗とを備え、所定波長で変化する交流信号を出力する。信号受信部２３は、カップリングコンデンサ２１と信号発信部２２との間の部分で交流信号を受信する。また本実施形態では信号受信部２３は、受信した受信信号の差分を検出する。

本実施形態では、信号受信部２３は、「受信信号の差分」として電圧値の差分を検出する。すなわち信号受信部２３は電流電圧計（図示無し）を備え、この電圧計の計測結果に基づいて電圧値の差分を演算する。信号受信部２３は、受信した受信信号の電圧波形の振幅または波長と、予め設定された所定の振幅所定値または波長所定値との差分を演算する。具体的には、例えば、受信信号（電圧波形）の振幅の最大値と、漏電が無い正常時の振幅の最大値（振幅所定値）との差分を演算する。或いは受信信号（電圧波形）の波長の最大値と、正常時の波長の最大値（波長所定値）との差分を演算する。

そして異常判定部２４が備える判定手段２５が、この信号受信部２３の演算結果に基づいて高圧回路系５の漏電の有無を判定する。判定手段２５は、例えば、信号受信部２３によって演算された電圧波形の振幅の差分が、予め設定された第１の判定値よりも大きい場合に、高圧回路系５の漏電有りと判定する。或いは、電圧波形の波長の差分が、所定の判定値よりも大きい場合に、高圧回路系５の漏電有りと判定する。

ここで、高圧回路系５の漏電が無ければ、カップリングコンデンサ２１が高圧バッテリ４の電位で満たされ続けるため、信号発信部２２から発信された交流信号は、そのまま信号受信部２３に出力される。このため、受信信号の電圧波形（振幅又は波長）は、正常時の電圧波形と実質的に一致する。一方、高圧回路系５の漏電が有ると、カップリングコンデンサ２１の電位が減少する。このため、信号発信部２２から発信された交流信号の一部が、カップリングコンデンサ２１に供給される。このことに起因して、受信信号の電圧波形と、正常時の電圧波形との差分が比較的大きくなる。例えば、図２に示すように、漏電が無い正常時の振幅の最大値（振幅所定値）ｙ１と、漏電が有る場合の振幅の最大値ｙ２との差分（｜ｙ１−ｙ２｜）は比較的大きくなる。また例えば、図３に示すように、漏電が無い正常時の波長の最大値（波長所定値）λ１と、漏電が有る場合の波長の最大値λ２との差分（｜λ１−λ２｜）も比較的大きくなる。

したがって、判定手段２５は、上述のように電圧波形（振幅又は波長）の差分が第１の判定値以下であれば、高圧回路系５の漏電無し、と判定できる。一方、電圧波形（振幅又は波長）の差分が第１の判定値よりも大きい場合には、高圧回路系５の漏電有り、と判定できる。

なお判定手段２５は、電圧波形の振幅と波長とのそれぞれに基づいて上記判定を行うようにしてもよいが、勿論、何れか一方に基づいて上記判定を行うようにしてもよい。

そして本実施形態では、異常判定部２４が備える判定手段２５が、上述のように高圧回路系５の漏電の有無を判定すると共に、信号受信部２３の検出結果に基づいて高圧回路系５の接続異常（例えば、断線等）の有無をさらに判定する。

本実施形態では、判定手段２５は、電気自動車１が過渡運転時、例えば、加減速運転時である場合に、高圧回路系５の接続異常の有無を判定している。具体的には、異常判定部２４は、電気自動車１の運転状態を検出する運転状態検出手段２６を備える。そして、この運転状態検出手段２６によって過渡運転時であることが検出されると、判定手段２５が、高圧回路系５の接続異常の有無を判定する。なお運転状態検出手段２６による電気自動車１の運転状態の検出方法は、公知の技術を採用すればよいためここでの説明は省略する。また運転状態検出手段２６は、必ずしも異常検出装置２０が備えていなくてもよく、例えば、上述したＥＣＵが備えていてもよい。

高圧回路系５の接続異常の有無を判定する際には、まず運転状態検出手段２６によって電気自動車１が過渡運転中であることが検出されると、信号受信部２３が、所定の判定期間Ｔ１内における振幅の最大値ｙａと最小値ｙｂとの差分（ｙａ−ｙｂ）を演算する（図２（ａ）参照）。或いは所定の判定期間Ｔ１内における波長の最大値λａと最小値λｂとの差分（λａ−λｂ）を演算する（図３（ａ）参照）。なお判定期間Ｔ１は、電気自動車１が過渡運転中であればよく、その長さは適宜決定されればよい。

そして判定手段２５は、信号受信部２３によって演算された差分（（ｙａ−ｙｂ），（λａ−λｂ））が予め設定された第１の判定値よりも小さい場合、つまり過渡運転時であるにも拘わらず受信信号（電圧波形）が実質的に変化していない場合に（図２（ｃ）、図３（ｃ）参照）、高圧バッテリ４を含む高圧回路系５の接続異常有り、と判定する。

電気自動車１が過渡運転時である場合、例えば、加減速運転時である場合には、高圧バッテリ４から走行用モータ２に供給される電力量が変化する。このため、高圧回路系５の接続異常が無い状態では、走行用モータ２への電力供給量の変化に起因して、信号受信部２３で検出される受信信号（電圧波形）の振幅や波長に比較的大きな変動（ばらつき）が生じる（図２（ａ），図３（ａ）参照）。

一方で、電気自動車１が過渡運転時であっても、接続異常が有る場合には異常検出装置２０は高圧回路系５の影響を受け難い。例えば、断線している場合には、異常検出装置２０が高圧回路系５の影響を受けることはない。このため、高圧回路系５の接続異常が有る場合には、信号受信部２３が検出する電圧波形の振幅や波長の変動（ばらつき）は小さくなる。

したがって、判定手段２５は、上述のように電圧値の差分が第１の判定値よりも小さい場合には、高圧バッテリ４を含む高圧回路系５の接続異常有り、と判定することができる。

このように電気自動車１の過渡運転時に電圧値の差分に基づいて接続異常の有無を判定することで、高圧回路系５の接続異常を正確に判定することができる。また装置構成を大幅に変更することなく高圧回路系５の接続異常を判定でき、コストの増加も抑えることができる。

なお、高圧回路系５の漏電有りと判定された場合には（図２（ｂ），図３（ｂ）参照）、高圧回路系５は良好に接続されていることになる。したがって、判定手段２５は、電圧波形の振幅や波長のばらつきの大きさに拘わらず、高圧回路系５との接続異常無し、と判定する。このため、高圧回路系５の漏電の有無を検出する場合、漏電が検出されなかったときのみ、高圧回路系５の接続異常の判定をようにしてもよく、この場合でも、高圧回路系５の接続異常を適切に判定することができる。

また本実施形態では、電気自動車１の過渡運転時に、高圧回路系５の接続異常の有無を判定しているが、この判定は、走行用モータ２への電力供給量の変化が大きい他のタイミング、例えば、イグニッションキーをオンにするタイミング等に実行するようにしてもよい。一方、例えば、定常走行時は、走行用モータ２への電力供給量の変化が小さいため、接続異常の有無の判定には適さない。

また本実施形態では、電圧値の波形における振幅又は波長の差分に基づいて接続異常の有無の判定を行うようにしたが、信号受信部２３は、例えば、抵抗値の差分を検出し、この検出結果に基づいて、高圧回路系５の接続異常を判定するようにしてもよい。

高圧回路系５の接続異常が無い場合、例えば、図４（ａ）に示すように、電気自動車１が過渡運転時（加減速運転時）には、信号受信部２３によって検出される抵抗値が、上述した電圧値の場合と同様に比較的大きく変動する。一方で、高圧回路系５の接続異常が有る場合、例えば、図４（ｂ）に示すように、電気自動車１が過渡運転時（加減速運転時）であっても、信号受信部２３によって検出される抵抗値はほとんど変化しない。

したがって、判定手段２５は、判定期間Ｔ１内における抵抗値の最大値Ｒａと最小値Ｒｂとの差分（Ｒａ−Ｒｂ）に基づいても、高圧回路系５の接続異常の有無を正確に判定することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態では、電気自動車１の走行中に、接続異常の判定を行う例を説明したが、本発明に係る接続異常の判定方法は、例えば、自動車製造後の検査工程等にも適用することができるものである。

また上述の実施形態では、電気自動車を一例として本発明を説明したが、勿論、本発明は、ハイブリッド車両等、他の電動車両に搭載される異常検出装置にも適用することができる。

１電気自動車（電動車両）
２走行用モータ
３モータ制御部（ＭＣＵ）
３ａインバータ
４高圧バッテリ
５高圧回路系
６バッテリセル
７コンタクタ
８バッテリ制御部（ＢＭＵ）
９バッテリケース
２０異常検出装置
２１カップリングコンデンサ
２２信号発信部
２３信号受信部
２４異常判定部
２５判定手段
２６運転状態検出手段

Claims

走行用モータに電力を供給する高圧バッテリを備える電動車両に搭載され、前記高圧バッテリを含む高圧回路系にカップリングコンデンサを介して接続され当該高圧回路系の異常を検出する異常検出装置であって、
交流信号を出力する信号出力部と、
前記信号出力部と前記カップリングコンデンサとの間の部分で交流信号を受信する信号受信部と、
前記信号受信部で受信した受信信号の振幅または波長に基づいて前記高圧回路系の接続異常の有無を判定する異常判定部と、
を具備することを特徴とする電動車両の異常検出装置。
請求項１に記載の電動車両の異常検出装置において、
前記異常判定部は、所定の判定期間内における前記信号受信部で受信した受信信号の電圧波形の振幅または波長の最大変化量が、予め設定された第２の判定値よりも小さい場合に、前記高圧回路系に接続異常が有ると判定することを特徴とする電動車両の異常検出装置。
請求項２に記載の電動車両の異常検出装置において、
前記異常判定部は、前記電動車両が過渡運転状態である場合に、前記高圧回路系の接続異常の有無を判定することを特徴とする電動車両の異常検出装置。
請求項１から３の何れか一項に記載の電動車両の異常検出装置において、
前記異常判定部は、前記信号受信部で受信した受信信号の振幅または波長に基づいて前記高圧回路系の漏電の有無を判定し、当該高圧回路系の漏電が無い場合に前記高圧回路系の接続異常の有無を判定する
ことを特徴とする電動車両の異常検出装置。