JP2017146197A - 地絡検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地絡検知精度の向上を図る。【解決手段】地絡検知用信号を発生させる信号発生部（４ｃ）と、地絡検知用信号を地絡検知対象（Ｓｐ、Ｓｎ）に供給する信号供給部（５、６ｐ、６ｎ）と、地絡検知対象から得られた地絡検知用信号を少なくとも含む被検知信号を信号処理する信号処理部（１ｐ、１ｎ）と、該信号処理部（１ｐ、１ｎ）の出力信号から地絡検知用信号を取り出す信号分離部（２、３）と、該信号分離部（２、３）から出力される地絡検知用信号に基づいて地絡検知対象（Ｓｐ、Ｓｎ）における地絡の発生を検知する地絡検知部（４ａ）とを備え、信号供給部（５、６ｐ、６ｎ）及び信号分離部（２、３）は受動素子によって構成され、信号発生部（４ｃ）及び信号処理部（１ｐ、１ｎ）は、単一の電源によって作動する能動回路として構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、地絡検知装置に関する。

下記特許文献１には、小型化を図り得る回路構成により、非接地回路の地絡検知と非接地回路の電源電圧の検出を同時に行うことができると共に、地絡電位によらずに地絡を検知することができる地絡検知装置が開示されている。この地絡検知装置は、第１中継回路を介して正側出力部に接続された反転アンプ及び第２中継回路を介して負側出力部に接続された反転アンプにより、正側出力部及び負側出力部に検知用信号が重畳されているときに、地絡信号検知回路の地絡検知信号に基づいて非接地回路の地絡を検知する地絡検知部と、第１電源電圧検出回路の第１電源電圧検出信号に基づいてリチウムイオン電池の出力電圧を検出する電源電圧検出部とを備える。

特開２０１４−１７９７４号公報

ところで、上記従来の地絡検知装置では、検知用信号を発生させる検知用信号発振器の電源と地絡検知信号を処理する反転アンプ及び地絡信号検知回路の電源とが異なるため、地絡検知信号に誤差が含まれ得る。したがって、この誤差異に起因して地絡検知精度が低下する虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、地絡検知精度の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、地絡検知装置に係る第１の解決手段として、地絡検知用信号を発生させる信号発生部と、前記地絡検知用信号を地絡検知対象に供給する信号供給部と、前記地絡検知対象から得られた前記地絡検知用信号を少なくとも含む被検知信号を信号処理する信号処理部と、該信号処理部の出力信号から前記地絡検知用信号を取り出す信号分離部と、該信号分離部から出力される前記地絡検知用信号に基づいて前記地絡検知対象における地絡の発生を検知する地絡検知部とを備え、前記信号供給部及び前記信号分離部は、受動素子によって構成され、前記信号発生部及び前記信号処理部は、単一の電源によって作動する能動回路として構成される、という手段を採用する。

本発明では、地絡検知装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記地絡検知対象は、一対の線路であり、前記信号処理部は、前記一対の線路に対して各々設けられ、前記信号供給部は、前記一対の線路の一方あるいは両方に前記地絡検知用信号を供給する、という手段を採用する。

本発明では、地絡検知装置に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記信号分離部は、一対の前記信号処理部の各出力信号を加算して加算信号を生成し、当該加算信号から前記地絡検知用信号を取り出す、という手段を採用する。

本発明では、地絡検知装置に係る第４の解決手段として、上記第２または第３の解決手段において、前記一対の線路は、車両バッテリの各端子に接続された一対の伝送線路であり、一対の前記信号処理部は、前記一対の伝送線路から入力される前記車両バッテリの各端子電圧を分圧してバッファリングする増幅回路である、という手段を採用する。

本発明では、地絡検知装置に係る第５の解決手段として、上記第４の解決手段において、一対の前記信号処理部の出力信号から前記地絡検知用信号を除去すると共に加算する第２の信号処理部と、該第２の信号処理部の出力に基づいて前記車両バッテリの端子間電圧を検知する電圧検知部とをさらに備える、という手段を採用する。

本発明によれば、信号供給部及び信号分離部が受動素子によって構成され、信号発生部及び信号処理部が単一の電源によって作動する能動回路として構成されるので、信号供給部、信号分離部、信号発生部及び信号処理部は、全て単一の電源によって動作する。したがって、本発明によれば、異なる電源を使用しないので、従来よりも地絡検知精度の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る地絡検知装置Ａの全体構成を示す回路図である。 本発明の一実施形態における地絡検知用信号のインピーダンス等価回路である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る地絡検知装置Ａは、図１に示すように車両本体に備えられたバッテリＢ（車両バッテリ）の状態を監視するバッテリＥＣＵ内に設けられており、バッテリＢとバッテリＥＣＵとを接続する一対の高圧伝送線路を地絡検知対象とするものである。上記一対の高圧伝送線路は、図示するようにバッテリＢのプラス端子とバッテリＥＣＵとを接続する第１の伝送線路Ｓｐ及びバッテリＢのマイナス端子とバッテリＥＣＵとを接続する第２の伝送線路Ｓｎである。

この地絡検知装置Ａは、図示するように一対の分圧回路１ｐ、１ｎ、加算回路２、ＢＰＦ３、ＭＰＵ４、電圧変換回路５、一対の結合回路６ｐ、６ｎ及び差動増幅器７を備えている。また、この地絡検知装置Ａは、電源電圧が所定のプラス電位（＋Ｖcc）である単一の電源Ｅによって作動する。

一対の分圧回路１ｐ、１ｎは、図示するようにオペアンプ（能動素子）を用いた反転増幅器であり、複数の抵抗器、オペアンプ及びコンデンサから構成されている。これら一対の分圧回路１ｐ、１ｎは、全く同一の回路構成を有する。また、これら一対の分圧回路１ｐ、１ｎのうち、一方の分圧回路１ｐには第１の伝送線路Ｓｐが入力として接続され、他方の分圧回路１ｎには、第２の伝送線路Ｓｎが入力として接続されている。

また、一方の分圧回路１ｐは、図示するようにオペアンプの入力抵抗が複数の抵抗器の直列接回路になっており、第１の伝送線路Ｓｐから入力される第１の入力信号Ｖ１を分圧すると共にバッファリングして出力する。他方の分圧回路１ｎは、上記一方の分圧回路１ｐと同様にオペアンプの入力抵抗が複数の抵抗器の直列接回路になっており、第２の伝送線路Ｓｎから入力される第２の入力信号Ｖ２を分圧すると共にバッファリングして出力する。

また、一対の分圧回路１ｐ、１ｎは、オペアンプの帰還抵抗に並列にコンデンサが挿入されているので、ローパスフィルタとしても機能する。すなわち、一対の分圧回路１ｐ、１ｎは、第１の入力信号Ｖ１及び第２の入力信号Ｖ２に混入する外乱ノイズを除去するフィルタ機能をも有する。さらに、このような一対の分圧回路１ｐ、１ｎにおいて、能動素子であるオペアンプは、電源Ｅによって作動する。このような一対の分圧回路１ｐ、１ｎは、バッテリＢのプラス端子及びマイナス端子に対応して、つまり一対の高圧伝送線路（第１の伝送線路Ｓｐ及び第２の伝送線路Ｓｎ）に対して各々設けられ、本実施形態における信号処理部である。

加算回路２は、一方の分圧回路１ｐの出力と他方の分圧回路１ｎの出力とを受動素子である抵抗器を用いて加算する抵抗加算器である。この加算回路２は、一方の分圧回路１ｐの出力信号と他方の分圧回路１ｎの出力信号とを加算した加算信号を生成し、当該加算信号をＢＰＦ３に出力する。

ＢＰＦ３は、所定の周波数帯域の信号のみを通過させるＬＣＲフィルタであり、受動素子であるコイル（Ｌ）、コンデンサ（Ｃ）及び抵抗器（Ｒ）を組み合わせにより帯域通過特性を示す。このＢＰＦ３は、上記加算回路２から入力される加算信号、つまり一対の分圧回路１ｐ、１ｎの出力信号から地絡検知用信号を取り出してＭＰＵ４に出力する。なお、このＢＰＦ３及び上記加算回路２は、本実施形態における信号分離部であり、インピーダンスＺ_ＢＰＦを有する。上記地絡検知用信号については、詳細を後述する。

ＭＰＵ４は、各種インタフェース回路、メモリ回路及び演算回路等が集積された集積回路であり、予め内部に記憶された監視プログラムを実行することにより各種機能を発揮する。このＭＰＵ４は、上記監視プログラムに基づいてソフトウエア的かつハードウエア的に実現される機能構成要素として、図示するように地絡検知部４ａ、電圧検知部４ｂ及び基準信号発生器４ｃを備える。また、このＭＰＵ４は、上述した電源Ｅによって作動する。

詳細については後述するが、地絡検知部４ａは、上記一対の分圧回路１ｐ、１ｎ、加算回路２及びＢＰＦ３を経由してＭＰＵ４に入力される地絡検知用信号の振幅（レベル）に基づいて、地絡検知対象である第１の伝送線路Ｓｐ及び第２の伝送線路Ｓｎに地絡が発生したか否かを検知する機能構成要素である。電圧検知部４ｂは、差動増幅器７から入力されるモニタ信号に基づいて、バッテリＢの充電状態や異常の発生を検知する機能構成要素である。

基準信号発生器４ｃは、本実施形態における信号発生部であり、上記地絡検知用信号の元となる基準信号を発生させる方形波発生器である。この基準信号は、電源Ｅの電源電圧よりも低い電圧を振幅とすると共にデューティ比が５０％に、かつ繰り返し周波数が所定周波数に設定されたデジタル信号である。基準信号発生器４ｃは、このような基準信号（デジタル信号）を電圧変換回路５に出力する。電圧変換回路５は、上述した電源Ｅによって作動する能動回路であり、上記基準信号を電源Ｅの電源電圧を振幅とする基準信号（デジタル信号）に電圧変換する。この電圧変換回路５は、電圧変換後の基準信号（デジタル信号）を一対の結合回路６ｐ、６ｎに出力する。

一対の結合回路６ｐ、６ｎは、図示するように受動素子である抵抗器とコンデンサとからなる直並列回路である。これら一対の結合回路６ｐ、６ｎは、全く同一の回路構成を有する。すなわち、一対の結合回路６ｐ、６ｎは、各々に直列接続された複数の抵抗器と当該抵抗に並列接続された複数のコンデンサとからなる受動回路であり、一端が上記電圧変換回路５の出力に共通接続されている。このような一対の結合回路６ｐ、６ｎ及び上記電圧変換回路５は、本実施形態における信号供給部である。

このような一対の結合回路６ｐ、６ｎのうち、一方の結合回路６ｐは、他端が一方の分圧回路１ｐの入力端Ｋｐ、つまりバッテリＥＣＵにおける第１の伝送線路Ｓｐの接続点に接続されている。また、他方の結合回路６ｎは、他端が他方の分圧回路１ｎの入力端Ｋｎ、つまりバッテリＥＣＵにおける第２の伝送線路Ｓｎの接続点に接続されている。

電圧変換回路５から一方の結合回路６ｐに入力された基準信号（デジタル信号）は、一方の結合回路６ｐのインピーダンスと第１の伝送線路Ｓｐの接続点に接続された他の回路のインピーダンスで分圧され、上記地絡検知用信号として一方の分圧回路１ｐの入力端に供給される。また、電圧変換回路５から他方の結合回路６ｎに入力された基準信号（デジタル信号）は、他方の結合回路６ｎのインピーダンスと第２の伝送線路Ｓｎの接続点に接続された他の回路のインピーダンスで分圧され、上記地絡検知用信号として他方の分圧回路１ｎの入力端に供給される。

ここで、一方の結合回路６ｐに関する上記他の回路のインピーダンスＺ_６ｐは、一方の分圧回路１ｐのインピーダンスＺ_１ｐ、第１の伝送線路ＳｐのインピーダンスＺ_Ｓｐ及びバッテリＢの内部インピーダンス等の車両本体側インピーダンスの合成インピーダンスである。また、他方の結合回路６ｎに関する上記他の回路のインピーダンスＺ_６ｎは、他方の分圧回路１ｎのインピーダンスＺ_１ｎ、第２の伝送線路ＳｎのインピーダンスＺ_Ｓｎ及びバッテリＢの内部インピーダンス等の車両本体側インピーダンスの合成インピーダンスである。なお、上記車両本体側インピーダンスは、バッテリＢの内部インピーダンスが十分に低いと仮定すると、略ゼロと考えることができる。

すなわち、一方の分圧回路１ｐの入力端Ｋｐには、一方の結合回路６ｐのインピーダンスＺ_６ｐと上記他の回路のインピーダンスとで決定される所定振幅の地絡検知用信号がバッテリＢのプラス端子の端子電圧Ｖｐに重畳された信号が第１の入力信号Ｖ１として入力される。また、他方の分圧回路１ｎの入力端Ｋｎには、他方の結合回路６ｎのインピーダンスＺ６ｎと上記他の回路のインピーダンスとで決定される所定振幅の地絡検知用信号がバッテリＢのマイナス端子の端子電圧Ｖｎに重畳された信号が第２の入力信号Ｖ２として入力される。

なお、一方の分圧回路１ｐに入力される地絡検知用信号は、バッテリＢのプラス端子の端子電圧Ｖｐを伝送する第１の伝送線路Ｓｐの地絡を検知するための重畳信号であり、また他方の分圧回路１ｎに入力される地絡検知用信号は、バッテリＢのマイナス端子の端子電圧Ｖｎを伝送する第２の伝送線路Ｓｎの地絡を検知するための重畳信号である。また、上記一対の一方の分圧回路１ｐ、１ｎは、第１、第２の伝送線路Ｓｐ、Ｓｎから得られた地絡検知用信号が少なくとも含まれた第１、第２の入力信号Ｖ１、Ｖ２（被検知信号）を信号処理する信号処理部である。

差動増幅器７は、上記一対の分圧回路１ｐ、１ｎの出力信号から地絡検知用信号を除去すると共に差分（差電圧）を増幅する増幅回路である。すなわち、この差動増幅器７の出力は、バッテリＢの端子間電圧を分圧した電圧信号であり、バッテリＢの充電状態や異常を評価し得るものである。差動増幅器７は、このような電圧信号をバッテリＢのモニター信号としてＭＰＵ４に出力する。なお、この差動増幅器７は、本実施形態における第２の信号処理部である。

次に、このように構成された地絡検知装置Ａの動作について、図２をも参照して詳しく説明する。

図２は、地絡検知装置Ａにおける地絡検知用信号のインピーダンス等価回路である。すなわち、この地絡検知装置Ａでは、基準信号発生器４ｃで発生された基準信号が電圧変換器５によって振幅変換され、一方の結合回路６ｐを経由して一方の分圧回路１ｐの入力端Ｋｐに供給され、また他方の結合回路６ｎを経由して他方の分圧回路１ｎの入力端Ｋｎに供給される。

ここで、一方の結合回路６ｐのインピーダンスＺ_６ｐは他方の結合回路６ｎのインピーダンスＺ_６ｎに略等しく、第１の伝送線路ＳｐのインピーダンスＺ_Ｓｐは第２の伝送線路ＳｎのインピーダンスＺ_Ｓｎに略等しく、一方の分圧回路１ｐのインピーダンスＺ_１ｐは他方の分圧回路１ｎのインピーダンスＺ_１ｎに略等しいので、一方の入力端Ｋｐに供給される地絡検知用信号の振幅Ｖｐは、他方の入力端Ｋｎに供給される地絡検知用信号の振幅Ｖｎに略等しい。

第１の伝送線路Ｓｐが地絡した場合、第１の伝送線路ＳｐのインピーダンスＺ_Ｓｐは、第１の伝送線路Ｓｐが正常な場合から変化して略ゼロとなり、第２の伝送線路ＳｎのインピーダンスＺ_Ｓｎについても、第２の伝送線路Ｓｎが正常な場合から変化して略ゼロとなる。すなわち、第１の伝送線路Ｓｐあるいは／及び第２の伝送線路Ｓｎの地絡発生の有無に応じて一方の入力端Ｋｐに供給される地絡検知用信号の振幅Ｖｐあるいは／及び他方の入力端Ｋｎに供給される地絡検知用信号の振幅Ｖｎは変化する。そして、この変化は、同然にＢＰＦ３からＭＰＵ４に入力される地絡検知用信号の振幅Ｖｔを変化させる。

ＭＰＵ４の地絡検知部４ａは、ＢＰＦ３から入力される地絡検知用信号の振幅Ｖｔの変化に基づいて、第１の伝送線路Ｓｐあるいは／及び第２の伝送線路Ｓｎの地絡発生の有無を判定する。このように、本実施形態に係る地絡検知装置Ａでは、地絡検知用信号の振幅に基づいて第１の伝送線路Ｓｐあるいは／及び第２の伝送線路Ｓｎの地絡発生の有無を判定するので、地絡検知用信号の伝送経路において地絡検知用信号の振幅に誤差（外乱）を与えるような要因（誤差要因）を極力排除する必要がある。

そして、本実施形態に係る地絡検知装置Ａでは、上記誤差要因を排除するために、図２にも示すように地絡検知用信号の伝送経路における能動回路、つまり基準信号発生器４ｃ、電圧変換器５及び一対の分圧回路１ｐ、１ｎを単一の電源Ｅで駆動する。

すなわち、従来ではＭＰＵが異なる電源で駆動される関係で、基準信号発生器の電源が電圧変換器５及び一対の分圧回路１ｐ、１ｎの電源とは異なり、例えば電源電圧の変動が両電源間で異なることが誤差要因となり得た。しかしながら、本実施形態に係る地絡検知装置Ａによれば、単一の電源Ｅを用いるので、電源の相違に起因する誤差要因を完全に回避することが可能であり、よって地絡検知精度の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、一対の入力端Ｋｐ、端Ｋｎの両方に地絡検知用信号を供給することにより第１の伝送線路Ｓｐ及び第２の伝送線路Ｓｎの地絡発生を検知するが、本発明はこれに限定されない。例えば、一方の入力端Ｋｐあるいは他方の入力端Ｋｎの何れか一方に地絡検知用信号を供給することにより、第１の伝送線路Ｓｐあるいは第２の伝送線路Ｓｎの何れか一方の地絡発生を検知してもよい。

（２）上記実施形態では、バッテリＢの端子電圧を伝送する第１の伝送線路Ｓｐ及び第２の伝送線路Ｓｎを絡検知対象としたが、本発明はこれに限定されない。本発明は、様々な絡検知対象に適用することが可能である。

（３）上記実施形態では、加算回路２で一方の分圧回路１ｐの出力と他方の分圧回路１ｎの出力とを加算した後にＢＰＦ３で地絡検知用信号を分離したが、本発明はこれに限定されない。例えば加算回路２を削除すると共に一対の分圧回路１ｐ、１ｎに対応して一対のＢＰＦ及び一対の地絡検知部を設けることにより、第１の伝送線路Ｓｐの地絡発生と第２の伝送線路Ｓｎの地絡発生とを個別に検知してもよい。

Ａ 地絡検知装置
Ｂ バッテリ（車両バッテリ）
Ｓｐ 第１の伝送線路（地絡検知対象）
Ｓｎ 第２の伝送線路（地絡検知対象）
１ｐ、１ｎ 分圧回路（信号処理部）
２ 加算回路
３ ＢＰＦ
４ ＭＰＵ
４ａ 地絡検知部
４ｂ 電圧検知部
４ｃ 基準信号発生器（信号発生部）
５ 電圧変換回路
６ｐ、６ｎ 結合回路
７ 差動増幅器（第２の信号処理部）

Claims (5)

1. 地絡検知用信号を発生させる信号発生部と、
   前記地絡検知用信号を地絡検知対象に供給する信号供給部と、
   前記地絡検知対象から得られた前記地絡検知用信号を少なくとも含む被検知信号を信号処理する信号処理部と、
   該信号処理部の出力信号から前記地絡検知用信号を取り出す信号分離部と、
   該信号分離部から出力される前記地絡検知用信号に基づいて前記地絡検知対象における地絡の発生を検知する地絡検知部とを備え、
   前記信号供給部及び前記信号分離部は、受動素子によって構成され、
   前記信号発生部及び前記信号処理部は、単一の電源によって作動する能動回路として構成されることを特徴とする地絡検知装置。
2. 前記地絡検知対象は、一対の線路であり、
   前記信号処理部は、前記一対の線路に対して各々設けられ、
   前記信号供給部は、前記一対の線路の一方あるいは両方に前記地絡検知用信号を供給することを特徴とする請求項１に記載の地絡検知装置。
3. 前記信号分離部は、一対の前記信号処理部の各出力信号を加算して加算信号を生成し、当該加算信号から前記地絡検知用信号を取り出すことを特徴とする請求項２に記載の地絡検知装置。
4. 前記一対の線路は、車両バッテリの各端子に接続された一対の伝送線路であり、
   一対の前記信号処理部は、前記一対の伝送線路から入力される前記車両バッテリの各端子電圧を分圧してバッファリングする増幅回路であることを特徴とする請求項２または３に記載の地絡検知装置。
5. 一対の前記信号処理部の出力信号から前記地絡検知用信号を除去すると共に加算する第２の信号処理部と、
   該第２の信号処理部の出力に基づいて前記車両バッテリの端子間電圧を検知する電圧検知部と
   をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の地絡検知装置。
   

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