JP2017147142A - 劣化検出装置および劣化検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】浮遊容量の影響を低減することを課題とする。【解決手段】電源監視装置は、車両に搭載される。電源監視装置は、絶縁された電源に接続されて充放電を行うキャパシタを有する。電源監視装置は、電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路で充電されたキャパシタの電圧を検出する。電源監視装置は、所定時間連続して検出された、連続する各電圧の差分値が閾値未満となる時間、および／または、車両の絶縁抵抗値を用いて、車両内に存在する浮遊容量を推定する。【選択図】図２

Description

本発明は、劣化検出装置および劣化検出方法に関する。

従来、例えばハイブリッド自動車や電気自動車などの車両は、動力源たるモータに対して電力を供給する電源を備える。また、かかる電源の状態を監視する監視装置としては、ＤＣ電圧印加方式を用いた監視装置が知られている。

上記電源は、車体と絶縁されるように構成されているため、監視装置は、電源の絶縁状態を監視する機能、換言すれば、電源の絶縁抵抗の劣化を検出する機能を有する。例えば、監視装置は、車両に搭載される高圧バッテリと車両ボディーのＧＮＤ（グランド）と車両絶縁抵抗を直列接続させて、高圧バッテリから絶縁されるフライングキャパシタへ通電し、充電されたフライングキャパシタの電圧に基づいて、電源の絶縁抵抗の劣化を検出する。なお、車両ボディーのＧＮＤは、必要に応じて、車両ボディーＧＮＤ、車体ＧＮＤ、車両のグランドなどと記載する場合がある。

例えば、高圧バッテリの＋側（正極側）と車両ボディーのＧＮＤ間に接続する計測（以下では、Ｒｐ計測と記載する場合がある）で得られる電圧（ＶＲｐ）と、高圧バッテリの−側（負極側）と車両ボディーのＧＮＤ間に接続する計測（以下では、Ｒｎ計測と記載する場合がある）で得られる電圧（ＶＲｎ）を基に、絶縁状態を計測する。

特開２０１２−１８１１４１号公報 特開２００２−２９１１６７号公報 特開２００６−１０５８２４号公報

しかしながら、上記技術では、Ｒｎ計測とＲｐ計測間で、車両ボディーのＧＮＤが不安定となり、安定時に比べて誤差が増加してしまうので、次の計測に移行した際に、誤検出が発生する場合がある。例えば、車両にはノイズ対策用のＹコンデンサや意図せず発生する浮遊容量と呼ばれるものが存在する（以下では、併せてコモン容量と記載する場合がある）。これらは絶縁計測時に車両ボディーのＧＮＤの電位が変わってしまうことで、安定するまで、余分な電荷をフライングキャパシタへと充電するので、計測の誤差となる。

つまり、Ｒｎ計測を例にして説明すると、Ｒｎ計測時にはボディー電位がｎ線に近づき、ボディー電位が不安定な状態である。この状態で、Ｒｐ計測時の回路に切り替えると、チャージ電圧（ＶＲｐ）がかさ上げされるので、計測の誤差となる。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、浮遊容量の影響を低減することができる劣化検出装置および劣化検出方法を提供することを目的とする。

本願の開示する劣化検出装置は、一つの態様において、車両に搭載される劣化検出装置において、絶縁された電源に接続されて充放電を行うキャパシタと、前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路で充電された前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって所定時間連続して検出された、連続する各電圧の差分値が閾値未満となる時間、および／または、前記車両の絶縁抵抗値を用いて、前記車両内に存在する浮遊容量を推定する推定部とを有することを特徴とする。

本願の開示する劣化検出装置および劣化検出方法の一つの態様によれば、浮遊容量の影響を低減することができる。

図１は、実施形態に係る電源監視装置を含む充放電システムの構成例を示すブロック図である。 図２は、電源監視装置の構成例を示すブロック図である。 図３は、電源監視装置の電圧検出回路部の構成例を示す図である。 図４は、組電池の正極側の絶縁抵抗Ｒｐの劣化を検出する際の充電経路を示す図である。 図５は、充電されたキャパシタＣの放電を行う放電経路を示す図である。 図６は、組電池の負極側の絶縁抵抗Ｒｎの劣化を検出する際の充電経路を示す図である。 図７は、安定時間の推定例を説明する図である。 図８は、閾値増加分の決定例を説明する図である。 図９は、劣化検出処理の処理手順の一部を示すフローチャートである。 図１０Ａは、テストモードの処理手順の一部を示すフローチャートである。 図１０Ｂは、テストモードの処理手順の一部を示すフローチャートである。 図１１は、劣化検出処理の処理手順の一部を示すタイムチャートである。

以下に、本願の開示する劣化検出装置および劣化検出方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

＜１．充放電システムの構成＞
図１は、実施形態に係る電源監視装置を含む充放電システムの構成例を示すブロック図である。充放電システム１は、例えば、図示しないハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、および、燃料電池自動車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）等の車両に搭載される。充放電システム１は、車両の動力源たるモータに対して電力を供給する電源の充放電等を行うシステムである。

詳しくは、充放電システム１は、組電池１０と、電源監視システム２０と、車両制御装置３０と、モータ４０と、電圧変換器５０と、フェールセーフ用リレー６０とを備える。また、電源監視システム２０は、モニタＩＣ（Integrated Circuit）２１等を有する複数のサテライト基板２２と、電源監視装置２３とを備える。

組電池１０は、図示しない車体と絶縁された電源（バッテリ）であり、複数のブロック１１により構成される。１つのブロック１１は、直列に接続された複数、例えば２個の電池スタック１２を備える。また、１つの電池スタック１２は、例えば直列に接続された複数の電池セル１３を備える。

なお、ブロック１１、電池スタック１２および電池セル１３の個数は、上記あるいは図示のものに限定されない。また、上記した組電池１０としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などを用いることができるが、これに限定されるものではない。

複数の電池セル１３はそれぞれ、サテライト基板２２に設けられたモニタＩＣ２１に電気的に接続される。そして、各電池セル１３の電圧は、モニタＩＣ２１によって検出される。なお、モニタＩＣ２１は、第１モニタＩＣ２１ａおよび第２モニタＩＣ２１ｂの複数あり、第１、第２モニタＩＣ２１ａ，２１ｂがそれぞれ、１つの電池スタック１２分の電池セル１３の電圧を検出する。

電源監視装置２３は、複数の電池セル１３のそれぞれの個別電圧を監視するとともに、各電池スタック１２の電圧を監視することもできる。すなわち、電源監視装置２３は、組電池１０の充電状態を監視する。

具体的には、電源監視装置２３は、モニタＩＣ２１に対して電圧検出要求を送信して複数の電池セル１３のそれぞれの個別電圧を検出させ、通信ラインＬ１を介して検出結果を受信することで、電池セル１３の電圧を監視する。また、電源監視装置２３は、導線Ｌ２を介して後述するキャパシタに電池スタック１２の電圧（以下、「スタック電圧」と記載する場合がある）を充電することによりスタック電圧を直接測定して、組電池１０の充電状態を監視する。なお、組電池１０の充電状態の監視は、スタック電圧を直接測定することのほか、複数セルの集合であるブロックの電圧（ブロック電圧）を直接測定して行ってもよい。

なお、電源監視装置２３は、モニタＩＣ２１が正常に動作しているか否かを判定する機能も有していることが好ましい。具体的には、例えば、電源監視装置２３は、モニタＩＣ２１から受信した各電池セル１３の個別電圧を加算して得たスタック電圧と、直接検出したスタック電圧とを比較し、両者の差が許容値より大きい場合にモニタＩＣ２１が異常であると判定する。そして、電源監視装置２３は、モニタＩＣ２１が異常であると判定された場合、例えばフェールセーフ用リレー６０を切り離して、電池セル１３に対する充放電が行われないようにしてもよい。

また、電源監視装置２３は、電源監視システム２０が有する絶縁抵抗（後述）の劣化を検出するが、これについては後に説明する。なお、ここで絶縁抵抗の劣化とは、例えば絶縁抵抗の抵抗値が低下して組電池１０の漏電が生じていることを意味する。

車両制御装置３０は、組電池１０の充電状態に応じて組電池１０に対する充放電を行って車両制御する。具体的には、車両制御装置３０は、電圧変換器５０を用いて組電池１０に充電された電圧を直流から交流の電圧に変換し、変換した電圧をモータ４０へ供給してモータ４０を駆動させる。これにより、組電池１０は放電されることとなる。

また、車両制御装置３０は、モータ４０の回生制動によって発電した電圧を電圧変換器５０で交流から直流の電圧に変換し、組電池１０へ供給する。これにより、組電池１０は充電されることとなる。このように、車両制御装置３０は、電源監視装置２３から取得した組電池１０の充電状態に基づいて組電池１０の電圧を監視し、監視結果に応じた制御を実行する。

＜２．電源監視装置の構成＞
次に、電源監視装置２３の構成について説明する。図２は、電源監視装置２３の構成例を示すブロック図である。なお、図２では、サテライト基板２２や通信ラインＬ１などを省略している。また、図２では、理解の便宜のため、複数のブロック１１のうちの１つを示すとともに、以下では、ブロック１１における２個の電池スタック１２のうちの一方を「第１スタック１２ａ」、他方を「第２スタック１２ｂ」と記載する場合がある。

電源監視装置２３は、例えば電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）であり、図２に示すように、電圧検出回路部２４と、Ａ／Ｄ変換部２５と、制御部２６とを備える。電圧検出回路部２４は、各スタック電圧の検出、絶縁抵抗の劣化検出、キャパシタを切り替えるスイッチの故障検出などを行うための回路を備える。

図３は、電源監視装置２３の電圧検出回路部２４の構成例を示す図である。図３に示すように、電圧検出回路部２４は、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２と、第１スイッチＳ１〜第６スイッチＳ６と、切替スイッチＳ７、第１抵抗Ｒ１〜第７抵抗Ｒ７とを備える。また、組電池１０は、正極側に絶縁抵抗Ｒｐを備え、負極側に絶縁抵抗Ｒｎを備える。なお、実施形態において、絶縁抵抗Ｒｐ及びＲｎは、実装された抵抗と、車体ＧＮＤに対する絶縁を仮想的に表した抵抗との合成抵抗値を示すが、実装した抵抗、仮想的な抵抗のいずれであるかは問わない。

かかる電圧検出回路部２４では、フライングキャパシタ方式が適用され、後述するように、第１キャパシタＣ１を各スタック１２ａ，１２ｂの電圧で充電した後、第１キャパシタＣ１の電圧を各スタック１２ａ，１２ｂの電圧として検出している。

具体的には、電圧検出回路部２４は、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２を介して充電側回路と放電側回路とに分かれている。なお、以下では、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２を総称して「キャパシタＣ」と記載する場合がある。

充電側回路は、組電池１０の各スタック１２ａ，１２ｂとキャパシタＣとが接続され、各スタック１２ａ，１２ｂの電圧をキャパシタＣに充電する経路を含む部分である。また、放電側回路は、キャパシタＣに充電された電圧を放電する経路を含む部分である。

そして、各スイッチＳ１〜Ｓ７のオン／オフが制御されることで、キャパシタＣへの充電および放電が制御される。なお、上記した各スイッチＳ１〜Ｓ７としては、例えばソリッドステートリレー（ＳＳＲ：Solid State Relay）を用いることができるが、これに限定されるものではない。また、第１抵抗Ｒ１〜第７抵抗Ｒ７は、キャパシタＣの電圧を検出するための電圧検出用抵抗である。

電圧検出回路部２４の充電側回路は、キャパシタＣに対して、第１スタック１２ａおよび第２スタック１２ｂの各々が並列に接続されている。すなわち、キャパシタＣの両端は、第１スタック１２ａの正極および負極に接続されるとともに、第２スタック１２ｂの正極および負極とも接続されている。

また、第１スタック１２ａの正極側とキャパシタＣとの間には、第１抵抗Ｒ１、第１スイッチＳ１および第５抵抗Ｒ５が直列に設けられ、第１スタック１２ａの負極側とキャパシタＣとの間には、第２抵抗Ｒ２および第２スイッチＳ２が直列に設けられている。

また、第２スタック１２ｂの正極側とキャパシタＣとの間には、第３抵抗Ｒ３、第３スイッチＳ３および第５抵抗Ｒ５が直列に設けられ、第２スタック１２ｂの負極側とキャパシタＣとの間には、第４抵抗Ｒ４および第４スイッチＳ４が直列に設けられている。

電圧検出回路部２４の放電側回路には、第１スタック１２ａおよび第２スタック１２ｂの正極側の経路に第５スイッチＳ５が設けられ、第５スイッチＳ５の一端とキャパシタＣとの間に第５抵抗Ｒ５が設けられている。また、第１、第２スタック１２ａ，１２ｂの負極側の経路には、第６スイッチＳ６が設けられ、第６スイッチＳ６の一端がキャパシタＣに接続されている。

そして、第５スイッチＳ５の他端は、Ａ／Ｄ変換部２５に接続されるとともに、途中で分岐して第６抵抗Ｒ６を介して車体ＧＮＤに接続されている。また、第６スイッチＳ６の他端は、第７抵抗Ｒ７を介して車体ＧＮＤに接続されている。なお、車体ＧＮＤは、接地点の一例である。

Ａ／Ｄ変換部２５は、電圧検出回路部２４の接続点Ａにおける電圧を示すアナログ値をデジタル値へ変換し、変換されたデジタル値を制御部２６へ出力する。

ところで、各スタック１２ａ，１２ｂの電圧検出の処理は、比較的短い時間で完了することが望ましいことから、電圧検出に用いられるキャパシタＣにおいては、短時間で充電可能なように、静電容量は比較的小さい方が好ましい。

他方、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出に用いられるキャパシタにおいては、静電容量は比較的大きい方が好ましい。すなわち、車両には設計時に意図されない浮遊容量が存在する。絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出の際に、かかる浮遊容量の影響を受けると、キャパシタＣの電圧を正確に検出することができないおそれがあり、劣化検出の精度が低下する場合がある。従って、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出に用いられるキャパシタの静電容量を比較的大きくして、全体の容量に対する浮遊容量の影響を低減させることが好ましい。

そこで、本実施形態では、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２を以下のように構成することとした。詳しくは、第１キャパシタＣ１は、第５抵抗Ｒ５に直列に接続されている。第２キャパシタＣ２は、切替スイッチＳ７に直列に接続されている。

また、第２キャパシタＣ２および切替スイッチＳ７は、第１キャパシタＣ１に並列に接続されている。従って、切替スイッチＳ７のオン／オフを制御することで、充電側回路および放電側回路において接続されるキャパシタを容易に切り替えることができ、よって各回路における全体の静電容量を可変にすることができる。

絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出の処理の際、切替スイッチＳ７がオンされると、充電側回路および放電側回路では、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２が接続されるため、比較的大きい静電容量で処理が行われることとなる。

なお、第２キャパシタＣ２の静電容量は、浮遊容量よりも大きい値とする。具体的には、車両の浮遊容量が約０．１μＦとした場合、第２キャパシタＣ２の静電容量は、車両の浮遊容量の２０倍の２．０μＦ程度に設定される。なお、このような場合に、第１キャパシタＣ１の静電容量は、例えば０．７μＦ程度となる。このように、第２キャパシタＣ２の静電容量は、第１キャパシタＣ１の静電容量よりも大きくなる。

これにより、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出に用いられるキャパシタの静電容量、すなわち、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２の合成容量をより一層大きくすることが可能となり、よって全体の容量に対する浮遊容量の影響をより低減させることができる。このように、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２は、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出に用いられる。

ここで、電圧検出回路部２４の回路には、図３に示すように、上記した組電池１０の正極側の絶縁抵抗Ｒｐと負極側の絶縁抵抗Ｒｎとが設けられている。なお、これら各絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎは、実装された抵抗と、車体ＧＮＤに対する絶縁を仮想的に表した抵抗との合成抵抗を示しているが、ここでは、実装した抵抗、仮想的な抵抗のいずれであるかを問わない。

各絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの抵抗値は、正常時にはほとんど通電することが無い程度に十分に大きい値、例えば数ＭΩとされる。但し、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎが劣化した異常時には、例えば組電池１０が車体ＧＮＤなどと短絡して、あるいは短絡に近い状態となって通電してしまう程度の抵抗値に低下する。

ここで、組電池１０の絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化を検出するために行われる、キャパシタＣ（すなわち第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２）の充電および放電について図４〜図６を参照して説明する。

図４は、組電池１０の正極側の絶縁抵抗Ｒｐの劣化を検出する際の充電経路を示す図である。また、図５は、充電されたキャパシタＣの放電を行う放電経路を示す図であり、図６は、組電池１０の負極側の絶縁抵抗Ｒｎの劣化を検出する際の充電経路を示す図である。

先ず、正極側の絶縁抵抗Ｒｐの劣化を検出する場合は、図４に示すように、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５および切替スイッチＳ７がオンされ、他のスイッチＳ１〜Ｓ３，Ｓ６がオフされる。これにより、第１スタック１２ａの正極側は、絶縁抵抗Ｒｐ、第６抵抗Ｒ６、第５スイッチＳ５、第５抵抗Ｒ５、キャパシタＣ、第４スイッチＳ４、第４抵抗Ｒ４および第２スタック１２ｂを介して第１スタック１２ａの負極側と接続される。

すなわち、第１、第２スタック１２ａ，１２ｂとキャパシタＣとを正極側の絶縁抵抗Ｒｐを介して結ぶ第１経路Ｐ１が形成される。この際、絶縁抵抗Ｒｐの抵抗値が正常である場合には、第１経路Ｐ１はほとんど導通せず、絶縁抵抗Ｒｐが劣化して抵抗値が低下していた場合には、第１経路Ｐ１は導通することとなる。

そして、第１経路Ｐ１が形成されてから所定時間が経過した後、キャパシタＣの電圧を放電させる。具体的には、図５に示すように、第４スイッチＳ４がオフされるとともに、第６スイッチＳ６がオンされる。これにより、電圧検出回路部２４には、放電経路たる第２経路Ｐ２が形成される。このときに検出されるキャパシタＣの電圧を「電圧ＶＲｐ」とし、電圧ＶＲｐに基づいて絶縁抵抗Ｒｐの劣化を検出するが、これについては後述する。

負極側の絶縁抵抗Ｒｎの劣化を検出する場合は、図６に示すように、第１スイッチＳ１、第６スイッチＳ６および切替スイッチＳ７がオンされ、他のスイッチＳ２〜Ｓ５がオフされる。これにより、第１スタック１２ａの正極側は、第１抵抗Ｒ１、第１スイッチＳ１、第５抵抗Ｒ５、キャパシタＣ、第６スイッチＳ６、第７抵抗Ｒ７、絶縁抵抗Ｒｎおよび第２スタック１２ｂを介して第１スタック１２ａの負極側と接続される。

すなわち、第１、第２スタック１２ａ，１２ｂとキャパシタＣとを負極側の絶縁抵抗Ｒｎを介して結ぶ第３経路Ｐ３が形成される。この際、絶縁抵抗Ｒｎの抵抗値が正常である場合には、第３経路Ｐ３はほとんど導通せず、絶縁抵抗Ｒｎが劣化して抵抗値が低下していた場合には、第３経路Ｐ３は導通することとなる。

そして、第３経路Ｐ３が形成されてから所定時間が経過した後、図５に示すように、キャパシタＣの電圧を放電させる。このときに検出されるキャパシタＣの電圧を「電圧ＶＲｎ」とし、電圧ＶＲｎに基づいて絶縁抵抗Ｒｎの劣化を検出するが、これについては後述する。

なお、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出処理では、満充電に要するであろう時間よりも短い所定時間だけ充電を行い、その充電電圧を電圧ＶＲｐ，ＶＲｎとして用いて絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出を行う。

ところで、上述した絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出では、各電池スタック１２の正極側と負極側とのそれぞれに接続される第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４が正常に動作していることが前提となる。つまり、上記電圧検出や劣化検出の処理の前に、これらの高圧側の各スイッチの状態を確認することが好ましい。

図２の説明に戻ると、電源監視装置２３の制御部２６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などを備えたマイクロコンピュータであり、電圧検出回路部２４やＡ／Ｄ変換部２５などを含む電源監視装置２３全体を制御する。

具体的には、制御部２６は、充電経路形成部２６ａと、放電経路形成部２６ｂと、電圧検出部２６ｃと、劣化検出部２６ｄと、コモン容量推定部２６ｅを備える。充電経路形成部２６ａは、図４や図６で説明したように、第１〜第６スイッチＳ１〜Ｓ６および切替スイッチＳ７を制御して、充電経路である第１経路Ｐ１や第３経路Ｐ３を形成する。放電経路形成部２６ｂは、図５で説明したように、第１〜第６スイッチＳ１〜Ｓ６および切替スイッチＳ７を制御して、放電経路である第２経路Ｐ２を形成する。なお、充電経路形成部２６ａや放電経路形成部２６ｂは、電圧検出部２６ｃ、劣化検出部２６ｄ、コモン容量推定部２６ｅなどの指示によって充電経路や放電経路を形成する。

なお、第１〜第６スイッチＳ１〜Ｓ６および切替スイッチＳ７のスイッチングパターンは、ＲＡＭおよびＲＯＭなどの記憶部に予め記憶させておくものとする。そして、充電経路形成部２６ａと放電経路形成部２６ｂは、適宜なタイミングで記憶部からスイッチングパターンを読み出すことによって、充電経路または放電経路を形成する。

電圧検出部２６ｃは、放電経路形成部２６ｂによって放電経路が形成されると、充電されたキャパシタＣ等の電圧をＡ／Ｄ変換部２５を介して検出する。電圧検出部２６ｃは、上記した電圧ＶＲｐ，ＶＲｎを検出するものとする。また、電圧検出部２６ｃは、検出した電圧ＶＲｐ，ＶＲｎを劣化検出部２６ｄ、コモン容量推定部２６ｅ、車両制御装置３０などへ出力する。

劣化検出部２６ｄは、キャパシタＣの電圧ＶＲｐ，ＶＲｎに基づいて、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化を検出する。具体的には、絶縁抵抗Ｒｐや絶縁抵抗Ｒｎが劣化しておらず抵抗値が低下していない場合は、キャパシタＣはほとんど充電されないか、あるいは充電されたとしても十分に小さい電圧が充電される。したがって、劣化検出部２６ｄは、電圧ＶＲｐや電圧ＶＲｎを、比較的低い値に予め設定された閾値Ｖａと比較する。

そして、劣化検出部２６ｄは、キャパシタＣの電圧ＶＲｐがしきい値Ｖａ以上となった場合、絶縁抵抗Ｒｐの劣化を検出する、言い換えれば、絶縁抵抗Ｒｐに異常が生じていると判定する。他方、劣化検出部２６ｄは、電圧ＶＲｐがしきい値Ｖａ未満の場合、絶縁抵抗Ｒｐに劣化はない、言い換えれば、絶縁抵抗Ｒｐは正常であると判定する。

同様に、劣化検出部２６ｄは、電圧ＶＲｎがしきい値Ｖａ以上となった場合、絶縁抵抗Ｒｎの劣化を検出する一方、電圧ＶＲｎがしきい値Ｖａ未満の場合、絶縁抵抗Ｒｎに劣化はないと判定する。なお、上記では、電圧ＶＲｎ，ＶＲｐと比較する値を同じしきい値Ｖａとしたが、これに限られず、互いに異なる値に設定されたしきい値を用いてもよい。

別例を挙げると、劣化検出部２６ｄは、時間を分けて、充電経路等を生成させて、電圧ＶＲｎを２回取得し、それぞれをＶＲｎ１とＶＲｎ２とする。同様に、劣化検出部２６ｄは、時間を分けて、充電経路等を生成させて、電圧ＶＲｐを２回取得し、それぞれをＶＲｐ１とＶＲｐ２とする。そして、劣化検出部２６ｄは、１回目の電圧値の加算値（Ｖ１＝ＶＲｎ１＋ＶＲｐ１）を算出し、２回目の電圧値の加算値（Ｖ２＝ＶＲｎ２＋ＶＲｐ２）を算出する。

そして、劣化検出部２６ｄは、ΔＶ（＝Ｖ２−Ｖ１）が閾値以上であれば、絶縁異常と検出し、ΔＶ（＝Ｖ２−Ｖ１）が閾値未満であれば、正常と判定することもできる。このようにすることで、コモン容量の影響を低減した劣化判定を実行することができる。

そして、劣化検出部２６ｄは、上記した絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化状態の結果を示す情報を車両制御装置３０等へ出力する。そして、車両制御装置３０は、劣化状態に応じた車両制御、ユーザへの報知動作などを行う。

コモン容量推定部２６ｅは、車両全体に存在するコモン容量の安定時間を、車両の絶縁抵抗（Ｒｐ、Ｒｎ）を用いて計算し、Ｒｎ計測とＲｐ計測の間に、待ち時間を設定する。具体的には、コモン容量推定部２６ｅは、絶縁抵抗（Ｒｐ、Ｒｎ）の異常検出を開始する前にテストモードとして、上記安定時間の測定を行い、この測定結果を適用して絶縁抵抗（Ｒｐ、Ｒｎ）の異常検出を実行する。

例えば、コモン容量推定部２６ｅは、電圧ＶＲｎを複数回計測し、各回の差分値が閾値未満となる時間、すなわちコモン容量が安定する時間を算出する。同様に、コモン容量推定部２６ｅは、電圧ＶＲｐを複数回計測し、各回の差分値が閾値未満となる時間、すなわちコモン容量が安定する時間を算出する。そして、コモン容量推定部２６ｅは、算出した２つの安定時間のうち、長い方の時間を待ち時間に設定して、Ｒｎ計測とＲｐ計測を実行させる。

図７は、安定時間の推定例を説明する図である。一例としてＲｐ計測を例にして説明する。例えば、図７に示すように、時間ｔ０時のＶＲｐ０と時間ｔ１時のＶＲｐ１との差分ΔＶ１と、時間ｔ１時のＶＲｐ１と時間ｔ２時のＶＲｐ２との差分ΔＶ２との差分がほぼ同じ大きさである場合、少なくとも時間ｔ１の時点で、コモン容量は安定していると推定することができる。したがって、コモン容量推定部２６ｅは、時間ｔ１を安定時間に設定する。

このように、コモン容量推定部２６ｅは、安定時間を算出してから、絶縁抵抗の異常検出を検出することができるので、安定時間を動的に変更することができる。なお、安定時間を算出するタイミングは、例えば定期的に実行してもよく、絶縁抵抗の異常検出前に必ず実行してもよく、複数回の絶縁抵抗の異常検出の後に実行してもよく、任意に設定することができる。

さらに、コモン容量推定部２６ｅは、実際に存在するであろうコモン容量を推定して、絶縁抵抗の異常検出に用いる閾値を動的に変更することができる。例えば、コモン容量推定部２６ｅは、式（１）の算出式を用いて、車両の抵抗（絶縁抵抗＋回路内の充電抵抗）を逆算し、逆算結果と安定時間とを用いて時定数による推定を実行することもできる。

なお、式（１）におけるＶｃは、「Ｖｃ＝テストモードによる２回目のＶＲｎ計測結果（ＶＲｎ１）＋テストモードによる２回目のＶＲｐ計測結果（ＶＲｐ１）」であり、Ｖｏは、「Ｖｏ＝テストモードによる１回目のＶＲｎ計測結果（ＶＲｎ０）＋テストモードによる１回目のＶＲｐ計測結果（ＶＲｐ０）」である。ＶＢは電池電圧であり、Ｒは、絶縁抵抗＋回路内の充電抵抗である。

そして、コモン容量推定部２６ｅは、逆算したＲと測定した安定時間ｔとを、「ｔ＝Ｃｓ×Ｒ×７τ」（τは時定数）に代入して、コモン容量Ｃｓを算出する。その後、コモン容量推定部２６ｅは、コモン容量Ｃｓと抵抗Ｒとから、閾値の増加分を決定して、劣化検出部２６ｄ等に通知する。この結果、劣化検出部２６ｄは、閾値を更新して、新たな閾値を用いて絶縁抵抗の劣化を検出する。

図８は、閾値増加分の決定例を説明する図である。図８の横軸は車両絶縁抵抗Ｒであり、縦軸は閾値の増加分（Ｖ）である。コモン容量推定部２６ｅは、図８のグラフから、推定したコモン容量Ｃｓに対応するグラフを選択し、当該グラフにおいて抵抗Ｒに対応する閾値増加分を特定する。そして、コモン容量推定部２６ｅは、特定した閾値増加分を劣化検出部２６ｄ等に通知する。なお、グラフを用いる手法は一例であり、コモン容量と抵抗とから増加分を算出する算出式を予め定義しておき、その算出式を用いて特定することもできる。

なお、安定時間が閾値を越えた場合に、閾値の変更を実行してもよい。

＜３．劣化検出処理の具体的動作＞
次に、以上のように構成された電源監視システム２０で行われる劣化検出処理の具体的な動作について図９、図１０Ａ、図１０Ｂを参照して説明する。図９は、劣化検出処理の処理手順の一部を示すフローチャートであり、図１０Ａおよび図１０Ｂは、テストモードの処理手順の一部を示すフローチャートである。

図９に示すように、電源監視装置２３は、キャパシタＣの電圧が閾値未満（例えば０Ｖ付近）であれば（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、切替スイッチＳ７をオンにし（ステップＳ１０２）、キャパシタＣの電圧が閾値以上であれば（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、放電処理を実行した後（ステップＳ１０３）、切替スイッチＳ７をオンにする（ステップＳ１０２）。

続いて、電源監視装置２３は、テストモードを実行し（ステップＳ１０４）、テストモードが完了すると、第１スイッチＳ１と第６スイッチＳ６をオンにして（ステップＳ１０５）、キャパシタＣをｘ秒間チャージし、Ｒｎ計測を実行する（ステップＳ１０６）。

その後、電源監視装置２３は、第１スイッチＳ１と第６スイッチＳ６をオフにした後（ステップＳ１０７）、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６をオンにして（ステップＳ１０８）、ＶＲｎ１を取得する（ステップＳ１０９）。

続いて、電源監視装置２３は、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６をオフにした後（ステップＳ１１０）、第１スイッチＳ１と第６スイッチＳ６をオンにして（ステップＳ１１１）、キャパシタＣを再度ｘ秒間チャージし、Ｒｎ計測を実行する（ステップＳ１１２）。

その後、電源監視装置２３は、第１スイッチＳ１と第６スイッチＳ６をオフにした後（ステップＳ１１３）、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６をオンにして（ステップＳ１１４）、ＶＲｎ２を取得する（ステップＳ１１５）。

続いて、電源監視装置２３は、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６をオフにし（ステップＳ１１６）、テストモードで設定された所定時間（安定時間）分待機する（ステップＳ１１７）。

そして、電源監視装置２３は、テストモードで設定された所定時間（安定時間）分待機した後、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５をオンにして（ステップＳ１１８）、キャパシタＣをｘ秒間チャージし、Ｒｐ計測を実行する（ステップＳ１１９）。

その後、電源監視装置２３は、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５をオフにした後（ステップＳ１２０）、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６をオンにして（ステップＳ１２１）、ＶＲｐ１を取得する（ステップＳ１２２）。

続いて、電源監視装置２３は、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６をオフにした後（ステップＳ１２３）、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５をオンにして（ステップＳ１２４）、キャパシタＣを再度ｘ秒間チャージし、Ｒｐ計測を実行する（ステップＳ１２５）。

その後、電源監視装置２３は、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５をオフにした後（ステップＳ１２６）、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６をオンにして（ステップＳ１２７）、ＶＲｐ２を取得する（ステップＳ１２８）。

そして、電源監視装置２３は、Ｖ１＝ＶＲｎ１＋ＶＲｐ１およびＶ２＝ＶＲｎ２＋ＶＲｐ２を算出し（ステップＳ１２９）、ΔＶ＝Ｖ２−Ｖ１を算出する（ステップＳ１３０）。

その後、電源監視装置２３は、ΔＶが閾値以上であれば（ステップＳ１３１：Ｙｅｓ）、絶縁異常発生を検出し（ステップＳ１３２）、ΔＶが閾値未満であれば（ステップＳ１３１：Ｎｏ）、正常と判定する（ステップＳ１３３）。なお、ここでの閾値は、予め定めた値か、もしくは、当該値に対してテストモードで算出された増加分を加算した値である。

また、絶縁異常の判定と並行して、電源監視装置２３は、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６をオフにして（ステップＳ１３４）、放電処理を実行する（ステップＳ１３５）。なお、ＶＲｎ計測とＶＲｐ計測とは順不同である。

次に、テストモードについて説明する。図１０Ａに示すように、電源監視装置２３は、キャパシタＣの電圧が閾値未満（例えば０Ｖ付近）であれば（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、切替スイッチＳ７をオンにし（ステップＳ２０２）、キャパシタＣの電圧が閾値以上であれば（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、放電処理を実行した後（ステップＳ２０３）、切替スイッチＳ７をオンにする（ステップＳ２０２）。

続いて、電源監視装置２３は、第１スイッチＳ１と第６スイッチＳ６をオンにして（ステップＳ２０４）、キャパシタＣをｘ秒間チャージし、Ｒｎ計測を実行する（ステップＳ２０５）。

その後、電源監視装置２３は、第１スイッチＳ１と第６スイッチＳ６をオフにした後（ステップＳ２０６）、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６をオンにして（ステップＳ２０７）、ＶＲｎ０を取得し（ステップＳ２０８）、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６をオフにする（ステップＳ２０９）。

さらに、電源監視装置２３は、ステップＳ２０４からステップＳ２０９と同様の処理を実行してＶＲｎ１を取得する（ステップＳ２１０からステップＳ２１５）とともに、ＶＲｎ２を取得する（ステップＳ２１６からステップＳ２２１）。

その後、電源監視装置２３は、ΔＶ１＝ＶＲｎ１−ＶＲｎ０およびΔＶ２＝ＶＲｎ２−ＶＲｎ１を算出し（ステップＳ２２２）、ΔＶ２−ΔＶ１の差分値と閾値とを比較する（ステップＳ２２３）。

ここで、電源監視装置２３は、差分値が閾値以上である場合（ステップＳ２２３：Ｎｏ）、ＶＲｎ０にＶＲｎ１を代入し、つまりＶＲｎ１の値をＶＲｎ０とし（ステップＳ２２４）、ＶＲｎ１を測定するまでにかかった時間をカウントして（ステップＳ２２５）、ステップＳ２０７以降を繰り返す。

一方、電源監視装置２３は、差分値が閾値未満である場合（ステップＳ２２３：Ｙｅｓ）、ＶＲｎ０とＶＲｎ１とを保持し（ステップＳ２２６）、ＶＲｎ１を測定するまでにかかった時間、言い換えると処理開始からＶＲｎ１測定までの時間（ｔ）を保持する（ステップＳ２２７）。

続いて、図１０Ｂに示すように、電源監視装置２３は、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５をオンにして（ステップＳ２２８）、キャパシタＣをｘ秒間チャージし、Ｒｐ計測を実行する（ステップＳ２２９）。

その後、電源監視装置２３は、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５をオフにした後（ステップＳ２３０）、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６をオンにして（ステップＳ２３１）、ＶＲｐ０を取得し（ステップＳ２３２）、第５スイッチＳ５と第６スイッチＳ６をオフにする（ステップＳ２３３）。

さらに、電源監視装置２３は、ステップＳ２２８からステップＳ２３３と同様の処理を実行してＶＲｐ１を取得する（ステップＳ２３４からステップＳ２３９）とともに、ＶＲｐ２を取得する（ステップＳ２４０からステップＳ２４５）。

その後、電源監視装置２３は、ΔＶ１＝ＶＲｐ１−ＶＲｐ０およびΔＶ２＝ＶＲｐ２−ＶＲｐ１を算出し（ステップＳ２４６）、ΔＶ２−ΔＶ１の差分値と閾値とを比較する（ステップＳ２４７）。

ここで、電源監視装置２３は、差分値が閾値以上である場合（ステップＳ２４７：Ｎｏ）、ＶＲｐ０にＶＲｐ１を代入し、つまりＶＲｐ１の値をＶＲｐ０とし（ステップＳ２４８）、ＶＲｐ１を測定するまでにかかった時間をカウントして（ステップＳ２４９）、ステップＳ２３１以降を繰り返す。

一方、電源監視装置２３は、差分値が閾値未満である場合（ステップＳ２４７：Ｙｅｓ）、ＶＲｐ０とＶＲｐ１とを保持し（ステップＳ２５０）、ＶＲｐ１を測定するまでにかかった時間、言い換えると処理開始からＶＲｐ１測定までの時間（ｔ）を保持する（ステップＳ２５１）。

その後、電源監視装置２３は、コモン容量を推定し（ステップＳ２５２）、Ｓ２２７で保持した時間とＳ２５１で保持した時間とを比較し、長い方の時間を待ち時間（安定時間）に決定する（ステップＳ２５３）。なお、電源監視装置２３は、ステップＳ２５２において閾値の増加分なども決定する。また、ＶＲｎ計測とＶＲｐ計測とは順不同である。

＜４．タイムチャート＞
図１１は、劣化検出処理の処理手順の一部を示すタイムチャートである。なお、ここでは一例として切替スイッチＳ７をオフにした例で説明する。

図１１に示すように、電源監視装置２３は、処理を開始すると各種スイッチを制御して、処理を開始してからｔ０後にＶＲｎ０を測定し、処理を開始してからｔ１後にＶＲｎ１を測定し、処理を開始してからｔ２後にＶＲｎ２を測定する。

ここで、電源監視装置２３は、ＶＲｎ０とＶＲｎ１との差分が大きい場合、時間ｔ０からｔ１までの間でコモン容量の影響を受けて差分が発生すると判定できるので、時間ｔ１ではコモン容量がまだ安定していないと判定する。そして、電源監視装置２３は、ＶＲｎ１とＶＲｎ２との差分が小さい場合、時間ｔ１からｔ２までの間でコモン容量の影響が小さいと判定できるので、時間ｔ１以降はコモン容量が安定していると判定する。

したがって、電源監視装置２３は、時間ｔ１を待ち時間（安定時間）の候補と決定する。また、電源監視装置２３は、ＶＲｐ計測についても、ＶＲｐ計測の開始を基準として同様に処理を実行し、時間ｔ２を待ち時間（安定時間）の候補と決定する。そして、電源監視装置２３は、長い方の時間を待ち時間に設定することで、ＶＲｎ計測とＶＲｐ計測の両方においてコモン容量の影響をより受けないように制御する。

＜５．効果および変形例＞
上述したように、キャパシタＣ電圧の変化量や車両の絶縁抵抗値を用いて、車両内に存在するコモン容量を推定することができるので、車両ボディーＧＮＤが安定する時間等を予測することができ、コモン容量の影響を低減することができる。また、ＶＲｎ計測とＶＲｐ計測の切替時の待ち時間を、実測値にしたがって動的に変更することができるので、回路の経年劣化等に追従することができる。さらに、回路の経年劣化等に追従できるので、浮遊容量の影響を低減することができるとともに、低減精度を維持することができる。

また、ＶＲｎ計測とＶＲｐ計測の切替時の待ち時間が閾値を超える長さになった場合でも、劣化判定の閾値を動的に変更することができるので、浮遊容量の影響の低減を維持することができ、判定精度の劣化を抑制することができる。

また、上記実施例では、所定時間連続してＶＲｎまたはＶＲｐを取得し、連続するＶＲｎまたはＶＲｐの差分が閾値未満となる時間、言い換えると差分値（変化量）が収束する時間を特定する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、前回のテストモード時に安定時間と特定された時間の電圧値または安定時間と判定された差分値を保持しておき、これらを閾値として活用することもできる。具体的には、ＶＲｎ０と、保持される上記電圧値との差が閾値未満となる時間を特定したり、ΔＶと、保持される上記差分値との差が閾値未満となる時間を特定したりする。

なお、上記した実施形態において、第１キャパシタＣ１や第２キャパシタＣ２、切替スイッチＳ７などの位置や個数は、例示であって限定されるものではない。すなわち、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２の位置などは、電源電圧を検出するための充電経路と絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化を検出するための充電経路とで全体の静電容量を変えることができれば、どのようなものであってもよい。

例えば、電圧検出回路部２４において、第１キャパシタＣ１と直列接続され、かつ、第２キャパシタＣ２および切替スイッチＳ７と並列接続されるスイッチを新たに設ける。そして、当該スイッチおよび切替スイッチＳ７を制御して、第１キャパシタＣ１のみを含む充電経路と第２キャパシタＣ２のみを含む充電経路とで切り替えるようにしてもよい。

また、電圧検出回路部２４において、例えば第２キャパシタＣ２および切替スイッチＳ７が、第１キャパシタＣ１に直列接続されるようにする。さらに、第１キャパシタＣ１および切替スイッチＳ７に並列接続されるスイッチを新たに設ける。そして、当該スイッチおよび切替スイッチＳ７を制御して、直列接続された第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２を含む充電経路と、第２キャパシタＣ２のみを含む充電経路とで切り替えるようにしてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 充放電システム
１０ 組電池
１２ａ 第１スタック
１２ｂ 第２スタック
２０ 電源監視システム
２３ 電源監視装置
２４ 電圧検出回路部
２５ Ａ／Ｄ変換部
２６ 制御部
２６ａ 充電経路形成部
２６ｂ 放電経路形成部
２６ｃ 電圧検出部
２６ｄ 劣化検出部
２６ｅ コモン容量推定部
３０ 車両制御装置
４０ モータ
５０ 電圧変換器
６０ フェールセーフ用リレー
Ｃ１ 第１キャパシタ
Ｃ２ 第２キャパシタ

Claims (6)

1. 車両に搭載される劣化検出装置において、
   絶縁された電源に接続されて充放電を行うキャパシタと、
   前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路で充電された前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部によって所定時間連続して検出された、連続する各電圧の差分値が閾値未満となる時間、および／または、前記車両の絶縁抵抗値を用いて、前記車両内に存在する浮遊容量を推定する推定部と
   を有することを特徴とする劣化検出装置。
2. 前記電圧検出部で検出された前記キャパシタの電圧と予め設定された電圧値である閾値とを比較し、比較結果に基づいて前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する劣化検出部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の劣化検出装置。
3. 前記推定部は、前記電圧の測定が開始されてから第１の時間後に取得された第１の電圧と、第２の時間後に取得された第２の電圧との差分値が前記閾値未満となった場合、前記浮遊容量が安定するまでの時間を前記第１の時間と決定することを特徴とする請求項２に記載の劣化検出装置。
4. 前記電圧検出部は、前記電源の正極側と前記車両のグランドとを接続する第１の放電経路と、前記電源の負極側と前記車両のグランドとを接続する第２の放電経路とを切り替える際に、前記第１の時間が経過してから切り替えることを特徴とする請求項３に記載の劣化検出装置。
5. 前記推定部は、推定した前記浮遊容量と前記第１の時間と前記車両の絶縁抵抗値とから、前記閾値の増加分を決定し、決定した増加分を加えた新たな閾値を、前記電源の絶縁抵抗の劣化検出に用いる閾値に設定することを特徴とする請求項３に記載の劣化検出装置。
6. 車両に搭載される劣化検出装置が、
   絶縁された電源に接続されて充放電を行うキャパシタが前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路で充電した、前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出工程と、
   前記電圧検出工程によって所定時間連続して検出された、連続する各電圧の差分値が閾値未満となる時間、および／または、前記車両の絶縁抵抗値を用いて、前記車両内に存在する浮遊容量を推定する推定工程と
   を含むことを特徴とする劣化検出方法。

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