JP2019184387A - 地絡検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】スイッチング素子に起因するコスト増を抑制する。【解決手段】制御部と、検出用コンデンサと、高電圧バッテリの正極側と接続する正極側第１抵抗と、負極側と接続する負極側第１抵抗と、一端が接地し、他端の電圧が制御部によって測定される正極側第２抵抗と、一端が接地した負極側第２抵抗と、制御部の指示に基づいて、検出用コンデンサの一端の接続先を、正極側第１抵抗を含む経路と、正極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える正極側Ｃ接点スイッチと、制御部の指示に基づいて、検出用コンデンサの他端の接続先を、負極側第１抵抗を含む経路と、負極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える負極側Ｃ接点スイッチと、経路切換Ｃ接点スイッチとを備えた地絡検出装置。【選択図】図１

Description

本発明は、フライングキャパシタを用いた地絡検出装置に関する。
駆動源としてエンジンと電気モータとを備えるハイブリッド車や、電気自動車のような車両においては、車体上に搭載したバッテリを充電し、バッテリから供給される電気エネルギーを利用して推進力を発生する。一般に、バッテリ関連の電源回路は、２００Ｖ以上の高電圧を扱う高電圧回路として構成されており、安全性確保ため、バッテリを含む高電圧回路は接地の基準電位点となる車体から電気的に絶縁された非接地構成となっている。
非接地の高電圧バッテリを搭載した車両では、高電圧バッテリが設けられた系、具体的には、高電圧バッテリからモータに至るメインの電源系と車体との絶縁状態（地絡）を監視するために地絡検出装置が備えられている。地絡検出装置は、フライングキャパシタと呼ばれるコンデンサを利用した方式が広く用いられている。
図９は、フライングキャパシタ方式の従来の地絡検出装置の回路例を示す図である。本図に示すように地絡検出装置４００は、非接地の高電圧バッテリ３００と接続し、高電圧バッテリ３００が設けられた系の地絡を検出する装置である。ここで、高電圧バッテリ３００の正極側と接地間の絶縁抵抗をＲＬｐと表し、負極側と接地間の絶縁抵抗をＲＬｎと表すものとする。
本図に示すように、地絡検出装置４００は、フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサＣ１を備えている。また、計測経路を切り換えるとともに、検出用コンデンサＣ１の充電および放電を制御するために、検出用コンデンサＣ１の周辺に４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を備えている。さらに、検出用コンデンサＣ１の充電電圧に相当する計測用の電圧をサンプリングするためのスイッチング素子Ｓａを備えている。
地絡検出装置４００では、絶縁抵抗ＲＬｐおよびＲＬｎを把握するために、Ｖ０計測期間→Ｖｃ１ｎ計測期間→Ｖ０計測期間→Ｖｃ１ｐ計測期間を１サイクルとして計測動作を繰り返す。いずれの計測期間とも、計測対象の電圧で検出用コンデンサＣ１を充電してから、検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測を行なう。そして、次の計測のために検出用コンデンサＣ１の放電を行なう。
Ｖ０計測期間では、高電圧バッテリ３００電圧に相当する電圧を計測する。このため、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２をオンにし、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４をオフにして、検出用コンデンサＣ１を充電する。すなわち、図１０（ａ）に示すように、高電圧バッテリ３００、抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１が計測経路となる。
検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測時には、図１０（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２をオフにし、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４をオンにするとともに、スイッチング素子Ｓａをオンにして制御装置４２０でサンプリングを行なう。その後、図１０（ｃ）に示すように、スイッチング素子Ｓａをオフにして次の計測のために検出用コンデンサＣ１の放電を行なう。検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測時、検出用コンデンサＣ１の放電時の動作は他の計測期間においても同様である。
Ｖｃ１ｎ計測期間では、絶縁抵抗ＲＬｎの影響を反映した電圧を計測する。このため、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンにし、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオフにして、検出用コンデンサＣ１を充電する。すなわち、図１１（ａ）に示すように、高電圧バッテリ３００、抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１、抵抗Ｒ４、接地、絶縁抵抗ＲＬｎが計測経路となる。
Ｖｃ１ｐ計測期間では、絶縁抵抗ＲＬｐの影響を反映した電圧を計測する。このため、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンにし、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオフにして、検出用コンデンサＣ１を充電する。すなわち、図１１（ｂ）に示すように、高電圧バッテリ３００、絶縁抵抗ＲＬｐ、接地、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１が計測経路となる。
これらの計測期間で得られたＶ０、Ｖｃ１ｎ、Ｖｃ１ｐから算出される（Ｖｃ１ｐ＋Ｖｃ１ｎ）／Ｖ０に基づいて、（ＲＬｐ×ＲＬｎ）／（ＲＬｐ＋ＲＬｎ）を求めることができることが知られている。このため、地絡検出装置４００内の制御装置４２０は、Ｖ０、Ｖｃ１ｎ、Ｖｃ１ｐを測定することにより、絶縁抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎを把握することができる。そして、絶縁抵抗ＲＬｐ、ＲＬｎが所定の判定基準レベル以下となった場合に、地絡が発生しているものとして判定し、警報を出力する。
また、特許文献１では、図１２に示すような回路構成の地絡検出装置４４０が提案されている。地絡検出装置４４０においても各計測期間のスイッチング切換状態は、地絡検出装置４００と同様である。
特開２００９−２８１９８６号公報
従来の地絡検出装置は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を、絶縁型のスイッチング素子である光ＭＯＳ−ＦＥＴを４個用いて構成している。しかしながら、光ＭＯＳ−ＦＥＴは、高価であるため地絡検出装置のコスト増を招いている。
そこで、本発明は、フライングキャパシタを用いた地絡検出装置において、スイッチング素子に起因するコスト増を抑制することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である地絡検出装置は、非接地の高電圧バッテリと接続し、前記高電圧バッテリが設けられた系の地絡を検出する地絡検出装置であって、制御部と、フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサと、前記高電圧バッテリの正極側と接続する正極側第１抵抗と、前記高電圧バッテリの負極側と接続する負極側第１抵抗と、一端が接地し、他端の電圧が前記制御部によって測定される正極側第２抵抗と、一端が接地した負極側第２抵抗と、連動して動作するリレーが並列に接続されたツインリレーとして形成され、前記制御部の指示に基づいて、前記検出用コンデンサの第１端の接続先を、前記正極側第１抵抗を含む経路と、前記正極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える正極側Ｃ接点スイッチと、連動して動作するリレーが並列に接続されたツインリレーとして形成され、前記制御部の指示に基づいて、前記検出用コンデンサの第２端の接続先を、前記負極側第１抵抗を含む経路と、前記負極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える負極側Ｃ接点スイッチと、前記正極側Ｃ接点スイッチのいずれかのリレーを前記検出用コンデンサの第１端の接続先に切り換えるリレーと、前記負極側Ｃ接点スイッチのいずれかのリレーを前記検出用コンデンサの第２端の接続先に切り換えるリレーとが連動して動作するツインリレーとして形成された経路切換Ｃ接点スイッチと、を備えたことを特徴とする。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である地絡検出装置は、非接地の高電圧バッテリと接続し、前記高電圧バッテリが設けられた系の地絡を検出する地絡検出装置であって、制御部と、フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサと、前記高電圧バッテリの正極側と接続する正極側第１抵抗と、前記高電圧バッテリの負極側と接続する負極側第１抵抗と、一端が接地し、他端の電圧が前記制御部によって測定される正極側第２抵抗と、一端が接地した負極側第２抵抗と、連動して動作するリレーが並列に接続されたツインリレーとして形成され、前記制御部の指示に基づいて、前記検出用コンデンサの第１端の接続先を、前記正極側第１抵抗を含む経路と、前記正極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える正極側Ｃ接点スイッチと、連動して動作するリレーが並列に接続されたツインリレーとして形成され、前記制御部の指示に基づいて、前記検出用コンデンサの第２端の接続先を、前記負極側第１抵抗を含む経路と、前記負極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える負極側Ｃ接点スイッチと、前記正極側Ｃ接点スイッチの一方のリレーの前記検出用コンデンサ接続側に接続された第１分流抵抗と、前記正極側Ｃ接点スイッチの他方のリレーの前記検出用コンデンサ接続側に接続された第１サーミスタと、前記負極側Ｃ接点スイッチの一方のリレーの前記検出用コンデンサ接続側に接続された第２分流抵抗と、前記正極側Ｃ接点スイッチの他方のリレーの前記検出用コンデンサ接続側に接続された第２サーミスタと、を備えたことを特徴とする。
ここで、あらかじめ定められた標準温度において、前記第１サーミスタは前記第１分流抵抗と同抵抗値であり、前記第２サーミスタは前記第２分流抵抗と同抵抗値とすることができる。
上記課題を解決するため、本発明の第３の態様である地絡検出装置は、非接地の高電圧バッテリと接続し、前記高電圧バッテリが設けられた系の地絡を検出する地絡検出装置であって、制御部と、フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサと、前記高電圧バッテリの正極側と接続する正極側第１抵抗と、前記高電圧バッテリの負極側と接続する負極側第１抵抗と、一端が接地し、他端の電圧が前記制御部によって測定される正極側第２抵抗と、一端が接地した負極側第２抵抗と、前記制御部の指示に基づいて、前記検出用コンデンサの第１端の接続先を、前記正極側第１抵抗を含む経路と、前記正極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える正極側Ｃ接点スイッチと、前記制御部の指示に基づいて、前記検出用コンデンサの第２端の接続先を、前記負極側第１抵抗を含む経路と、前記負極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える負極側Ｃ接点スイッチと、前記正極側Ｃ接点スイッチと前記検出用コンデンサの第１端との間に直列接続されたダイオードおよび充電抵抗と、前記ダイオードおよび充電抵抗と並列に接続スイッチを介して接続された放電抵抗と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、フライングキャパシタを用いた地絡検出装置において、コスト増の起因となる光ＭＯＳ−ＦＥＴを用いていないため、スイッチング素子に起因するコスト増を抑制することができる。
本発明の実施形態に係る地絡検出装置の構成を示すブロック図である。 正極側Ｃ接点スイッチ配置箇所の別例を示す図である。 Ｃ接点スイッチにツインリレーを用いた第２例の回路を示す図である。 Ｃ接点スイッチにツインリレーを用いた第３例の回路を示す図である。 Ｃ接点スイッチにツインリレーを用いた第４例の回路を示す図である。 Ｃ接点スイッチにツインリレーを用いた第５例の回路を示す図である。 Ｃ接点スイッチにツインリレーを用いた第６例の回路を示す図である。 放電経路にＣ接点スイッチを用いた回路を示す図である。 フライングキャパシタ方式の従来の地絡検出装置の回路例を示す図である。 Ｖ０計測期間の計測経路を示す図である。 Ｖｃ１ｎ計測期間とＶｃ１ｐ計測期間の計測経路を示す図である。 フライングキャパシタ方式の従来の地絡検出装置の回路の別例を示す図である。
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る地絡検出装置１００の構成を示すブロック図である。本図に示すように地絡検出装置１００は、非接地の高電圧バッテリ３００と接続し、高電圧バッテリ３００が設けられた系の地絡を検出するフライングキャパシタ方式の装置である。ここで、高電圧バッテリ３００の正極側と接地間の絶縁抵抗をＲＬｐと表し、負極側と接地間の絶縁抵抗をＲＬｎと表すものとする。なお、高電圧とは、車両内の各種機器（ランプ、ワイパー等）を駆動させるための低電圧バッテリ（一般的には１２Ｖ）よりも高い電圧を意味し、高電圧バッテリ３００は、車両走行の駆動用に用いられるバッテリである。
高電圧バッテリ３００は、リチウムイオン電池等のように充電可能なバッテリにより構成されており、図示しない高圧バスバーを経由して放電し、インバータ等を介して接続された電気モータを駆動する。また、回生時や充電設備接続時には、高圧バスバーを介して充電を行なう。
高電圧バッテリ３００の正極側電源ライン３０１と接地電極との間および負極側電源ライン３０２と接地電極との間には、電源の高周波ノイズを除去したり動作を安定化するために、それぞれＹコンデンサ（ライン・バイパス・コンデンサ）と呼ばれるコンデンサＣＹｐ、ＣＹｎが接続されている。ただし、Ｙコンデンサは省くようにしてもよい。
本図に示すように、地絡検出装置１００は、フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサＣ１を備えるとともに、検出用コンデンサＣ１の充電電圧に相当する計測用の電圧をサンプリングするためのスイッチング素子Ｓａを備えている。ただし、スイッチング素子Ｓａは省くことも可能である。また、マイクロコンピュータ等で構成された制御装置１２０を備えている。制御装置１２０は、あらかじめ組み込まれたプログラムを実行することにより、後述するスイッチ切り換え処理等の地絡検出装置１００に必要とされる各種制御を実行する。
図１０、図１１を参照して説明したように、各計測期間の計測経路では、正極側電源ライン３０１系のスイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ３とが同時にオンになることは無く、負極側電源ライン３０２系のスイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ４とが同時にオンになることは無い。すなわち、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ３とは排他的に切り換えられ、スイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ４とは排他的に切り換えられる。
このため、地絡検出装置１００では、正極側電源ライン３０１系のスイッチング素子として、正極側Ｃ接点スイッチ１１１を用い、負極側電源ライン３０２系のスイッチング素子として、負極側Ｃ接点スイッチ１１２を用いている。正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２は、例えば、高耐圧−小信号のメカニカルリレーやリードリレーで構成することができる。
正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２とも共通接点ｃが検出用コンデンサＣ１側に配置される。具体的には、正極側Ｃ接点スイッチ１１１の共通接点ｃは、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ１の経路と、抵抗Ｒ２とダイオードＤ２との経路との並列回路を経由して検出用コンデンサＣ１に接続し、負極側Ｃ接点スイッチ１１２の共通接点ｃは、検出用コンデンサＣ１の他端に接続している。充電時の経路となるダイオードＤ１は、正極側Ｃ接点スイッチ１１１から検出用コンデンサＣ１が順方向となる向きで接続され、放電時の経路となるダイオードＤ２は逆方向で接続されている。抵抗Ｒ２は、放電用抵抗として機能する。
正極側Ｃ接点スイッチ１１１の接点ａは、抵抗Ｒａを介して正極側電源ライン３０１に接続し、負極側Ｃ接点スイッチ１１２の接点ａは、抵抗Ｒｂを介して正極側電源ライン３０１に接続している。すなわち、いずれのＣ接点スイッチとも高電圧バッテリ３００側を接点ａとしている。
正極側Ｃ接点スイッチ１１１の接点ｂは、スイッチング素子Ｓａに接続するとともに、他端が接地された抵抗Ｒ３と接続している。負極側Ｃ接点スイッチ１１２の接点ｂは、他端が接地された抵抗Ｒ４と接続している。すなわち、いずれのＣ接点スイッチとも制御装置１２０側（接地側）を接点ｂとしている。
図１に示すように、正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２は、制御装置１２０により独立に切換制御される。制御装置１２０は、正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２、スイッチング素子Ｓａを独立に切換制御することにより、計測経路を切り換えるとともに、検出用コンデンサＣ１の充電および放電、充電電圧の計測を行なう。
具体的には、Ｖ０計測期間では、正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２とも接点ａ側に切り換え、高電圧バッテリ３００、抵抗Ｒａ、抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１、抵抗Ｒｂという計測経路を形成する。
検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測時には、正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２とも接点ｂ側に切り換え、スイッチング素子Ｓａをオンにする。その後、スイッチング素子Ｓａをオフにして次の計測のために主として抵抗Ｒ２を利用して検出用コンデンサＣ１の放電を行なう。検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測時、放電時の動作は他の計測期間においても同様である。
Ｖｃ１ｎ計測期間では、正極側Ｃ接点スイッチ１１１を接点ａ側、負極側Ｃ接点スイッチ１１２を接点ｂ側に切り換え、高電圧バッテリ３００、抵抗Ｒａ、抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１、抵抗Ｒ４、接地、絶縁抵抗ＲＬｎという計測経路を形成する。
Ｖｃ１ｐ計測期間では、正極側Ｃ接点スイッチ１１１を接点ｂ側、負極側Ｃ接点スイッチ１１２を接点ａ側に切り換え、高電圧バッテリ３００、絶縁抵抗ＲＬｐ、接地、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１、抵抗Ｒｂという計測経路を形成する。
地絡検出装置１００において、抵抗Ｒａ、抵抗Ｒｂ、抵抗Ｒ１は、例えば、数１００ｋΩ程度の高抵抗とし、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４は、例えば、数ｋΩ程度の低抵抗とする。
抵抗Ｒ１とは別に正極側に抵抗Ｒａを配置し、負極側に抵抗Ｒｂを配置するとともに、正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２をＣ接点リレーで構成するため、いずれかのＣ接点スイッチで固着が生じたとしても、高電圧バッテリ３００と制御装置１２０との間には、高抵抗である抵抗Ｒａあるいは抵抗Ｒｂのいずれかが介在して電流制限がかかる。このため、制御装置１２０および通電回路を保護することができる。
さらに、仮にいずれかのＣ接点スイッチで接点ａと接点ｂとがショートしたとしても、高電圧バッテリ３００と制御装置１２０との間には、高抵抗である抵抗Ｒａあるいは抵抗Ｒｂのいずれかが介在して電流制限がかかるため、制御装置１２０を保護することができる。
また、絶縁抵抗ＲＬｐおよび絶縁抵抗ＲＬｎについて地絡と判定する基準値をＲＬｓとすると、絶縁抵抗ＲＬｐおよび絶縁抵抗ＲＬｎが基準値ＲＬｓのとき、Ｖ０計測期間、Ｖｃ１ｎ計測期間、Ｖｃ１ｐ計測期間で経路上の抵抗値が等しくなるように、
Ｒ１＋Ｒａ＋Ｒｂ＝Ｒ１＋Ｒ４＋Ｒａ＋ＲＬｎ＝Ｒ１＋Ｒ３＋Ｒｂ＋ＲＬｐ
という関係で各抵抗値を定めることにより、検出用コンデンサＣ１にセラミックコンデンサを用いた場合であっても、ＤＣバイアス特性の影響で地絡検出精度が低下することを防ぐことができる。
正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２において、高電圧バッテリ３００側の接点ａ、制御装置１２０側（接地側）の接点ｂのどちらをノーマルクローズ側とするかは、以下の特性を考慮して適宜定めることができる。
１）正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２とも高電圧バッテリ３００側の接点ａをノーマルクローズ側とすると、地絡検出装置１００の起動開始時には既に高圧電圧が検出用コンデンサＣ１に充電されているため、最初のＶ０計測期間の充電処理を省略できる。このため、起動時に安全確保のため通常時より地絡判定を早めたいという機能ニーズに対応することができる。
２）正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２とも制御装置１２０側（接地側）の接点ｂをノーマルクローズ側とすると、動作停止時は検出用コンデンサＣ１が放電された状態となる。このため、地絡検出装置１００の取り外し時等の感電危険性が低下する。
３）正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２のいずれか一方の接点ａをノーマルクローズ側とすると、起動時において検出用コンデンサＣ１にはどちらかの極と接地間の電圧が充電されていることになる。この電圧を計測して正常状態と比較することにより、簡易的ながらも一方の極の絶縁抵抗が低下している状況をいち早く把握することができる。
以上説明したように、本実施形態の地絡検出装置１００は、地絡検出のための測定経路の切り換えスイッチに、コスト増の起因となる光ＭＯＳ−ＦＥＴを用いていないため、スイッチング素子に起因するコスト増を抑制することができる。
また、従来４個用いていたスイッチング素子を２個のＣ接点スイッチで構成するため、従来よりも部品数を削減できるとともに制御線を削減することができる。さらに、Ｃ接点スイッチは小型化が容易であるため、省スペース化も可能である。
なお、上述の例では、正極側Ｃ接点スイッチ１１１は、共通接点ｃが、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ１の経路と、抵抗Ｒ２とダイオードＤ２との経路との並列回路を経由して検出用コンデンサＣ１に接続していたが、図２に示すように、正極側Ｃ接点スイッチ１１１の共通接点ｃを直接検出用コンデンサＣ１に接続してもよい。この場合、接点ａは、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１を介して抵抗Ｒａと接続し、接点ｂは、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ２を介してスイッチング素子Ｓａに接続するとともに、ダイオードＤ２の経路と並列にダイオードＤ２とは逆方向のダイオードＤ１１と抵抗Ｒ１１の経路を接続すればよい。
ところで、Ｃ接点スイッチはメカニカルな接点構成のため、開閉耐久回数に制限がある。特に、通電電流や印加電圧が大きいほど、開閉耐久回数に与える影響が大きくなる。そこで、開閉耐久回数を向上させるために、以下に例示するような制御を行なったり、構成を採用してもよい。
第１例）Ｃ接点スイッチを切り換える場合に、正極側Ｃ接点スイッチ１１１と負極側Ｃ接点スイッチ１１２とを同時に切り換え制御すると、接点作動速度のバラツキ等により、実際の切り換わり順序の前後に偏りが生じる場合がある。
この場合、後から切り換わるＣ接点スイッチに電流、電圧の負荷が集中し、開閉耐久回数に影響を与えることになる。特に、高電圧バッテリ３００の電圧を測定するＶ０計測期間への切り換わりタイミングにおいて顕著である。
そこで、制御装置１２０がＣ接点スイッチの切り換えタイミングを、正極側Ｃ接点スイッチ１１１と負極側Ｃ接点スイッチ１１２とで、前後の回数が均等となるようにして意図的に前後させることで、一方のＣ接点スイッチへの負荷の集中を避けるようにする。
例えば、Ｖ０計測期間→Ｖｃ１ｎ計測期間→Ｖ０計測期間→Ｖｃ１ｐ計測期間というサイクルにおいて、１回目のＶ０計測期間では、正極側Ｃ接点スイッチ１１１を１ｍｓ先に切り換え、２回目のＶ０計測期間では、負極側Ｃ接点スイッチ１１１を１ｍｓ先に切り換えるようにする。これにより、Ｃ接点スイッチの負荷が均等になるため、一方のＣ接点スイッチに負荷が集中することによる開閉耐久回数への悪影響を防ぐことができる。もちろん、切り換えタイミングの前後の回数を均等化する手法は本手法に限られず、例えば、所定回数毎や所定時間単位で先に切り換えるＣ接点スイッチを交替させる等、種々の手法を用いることができる。
第２例）図３に示すように、正極側Ｃ接点スイッチ１１１を１つの制御で同時に切り換わるツインリレー（１１１ａ、１１１ｂ）で構成し、負極側Ｃ接点スイッチ１１２を１つの制御で同時に切り換わるツインリレー（１１２ａ、１１２ｂ）で構成するとともに、ツインリレーの個々のリレーに並列に電流が分岐する経路を設ける。これにより、それぞれのＣ接点スイッチの通電電流が分流されるため、Ｃ接点スイッチの電流負荷を軽減することができる。ツインリレーは、例えば、１コイル２Ｃ接点のリレーを用いることができる。
第３例）第２例の場合、並列接続されたツインリレーの分流比率は、ツインリレーを構成するリレーの微小な接触抵抗に基づくため、個体毎のバラツキ等により一方のリレーに負荷が偏ってしまう場合がある。
そこで、図４に示すように、それぞれのリレーの共通接点ｃ側経路に小さな分流抵抗を接続してもよい。この場合、分流比率は分流抵抗にほぼ基づくため、分流抵抗値を揃えることでツインリレーを構成する一方のリレーへの負荷の偏りを防止することができる。
本図の例では、正極側Ｃ接点スイッチ１１１を構成するリレー１１１ａの経路に分流抵抗Ｒａ２１（＜＜Ｒ１）を接続し、リレー１１１ｂの経路に分流抵抗Ｒａ２２（＝Ｒａ２１）を接続している。また、負極側Ｃ接点スイッチ１１２を構成するリレー１１２ａの経路に分流抵抗Ｒｂ２１（＜＜Ｒ１）を接続し、リレー１１２ｂの経路に分流抵抗Ｒｂ２２（＝Ｒｂ２１）を接続している。
第４例）図５に示すように、分流抵抗を各リレーの接点ａ側経路および接点ｂ側経路に設けてもよい。本図の例では、抵抗Ｒａ１１をリレー１１１ａの接点ａ側に接続し、抵抗Ｒａ１２をリレー１１１ｂの接点ａ側に接続しており、抵抗Ｒｃ１をリレー１１１ａの接点ｂ側に接続し、抵抗Ｒｃ２をリレー１１１ｂの接点ｂ側に接続している。また、抵抗Ｒｂ１１をリレー１１２ａの接点ａ側に接続し、抵抗Ｒｂ１２をリレー１１２ｂの接点ａ側に接続しており、抵抗Ｒｄ１をリレー１１２ａの接点ｂ側に接続し、抵抗Ｒｄ２をリレー１１２ｂの接点ｂ側に接続している。
ここで、抵抗Ｒａ１１＝抵抗Ｒａ１２＝抵抗Ｒｂ１１＝抵抗Ｒｂ１２＞＞抵抗Ｒｃ１＝抵抗Ｒｃ２＝抵抗Ｒｄ１＝抵抗Ｒｄ２＞＞リレーの接触抵抗とする。
本図の例では、さらに、抵抗Ｒａ１１と抵抗Ｒａ１２の並列抵抗で抵抗Ｒａの役割も担い、抵抗Ｒｂ１１と抵抗Ｒｂ１２の並列抵抗で抵抗Ｒｂの役割も担っている。このため、図１と同じ抵抗とする場合には、抵抗Ｒａ１１＝抵抗Ｒａ１２＝抵抗Ｒｂ１１＝抵抗Ｒｂ１２＝２×抵抗Ｒａ＝２×抵抗Ｒｂとする。
これにより、いずれかのリレーが固着したり、ショートしても、抵抗Ｒａ１１、抵抗Ｒａ１２、抵抗Ｒｂ１１、抵抗Ｒｂ１２のいずれかで通電電流が制限される。このため、制御装置１２０を保護することができることに加え、測定経路を流れる電流が増加して絶縁抵抗が小さく検出されることによる地絡誤検出を防ぐことができる。
なお、抵抗Ｒｃ１、抵抗Ｒｃ２、抵抗Ｒｄ１、抵抗Ｒｄ２は、第３例の抵抗Ｒａ２１、Ｒａ２２、Ｒｂ２１、Ｒｂ２２に換えてもよい。
第５例）上述のように、図３に示した第２例の場合、並列接続されたツインリレーの分流比率は、ツインリレーを構成するリレーの微小な接触抵抗に基づくため、個体毎のバラツキ等により一方のリレーに負荷が偏ってしまう場合がある。
通電がなければ、リレーの開閉耐久回数は大幅に向上することから、図６に示すように、ツインリレーを構成するそれぞれのリレーの共通接点ｃに、さらにＣ接点スイッチを設けることで、電流を流すリレーを排他的に選択できるようにしてもよい。電流を流すリレーの選択を、それぞれのリレーの通電回数が同じ程度となるようにすることで、ツインリレーを構成する一方のリレーへの負荷の偏りを防止することができる。
本図の例では、正極側Ｃ接点スイッチ１１１を構成するリレー１１１ａの共通接点ｃに正極側経路切換Ｃ接点スイッチ１１３ａの接点ａを接続し、リレー１１１ｂの共通接点ｃに正極側経路切換Ｃ接点スイッチ１１３ａの接点ｂを接続している。
正極側経路切換Ｃ接点スイッチ１１３ａの共通接点ｃは、検出用コンデンサＣ１側に配置される。具体的には、ダイオードＤ１と抵抗Ｒ１の経路と、抵抗Ｒ２とダイオードＤ２との経路との並列回路を経由して検出用コンデンサＣ１に接続している。
また、負極側Ｃ接点スイッチ１１２を構成するリレー１１２ａの共通接点ｃに負極側経路切換Ｃ接点スイッチ１１３ｂの接点ａを接続し、リレー１１２ｂの共通接点ｃに負極側経路切換Ｃ接点スイッチ１１３ｂの接点ｂを接続している。負極側経路切換Ｃ接点スイッチ１１３ｂの共通接点ｃは、検出用コンデンサＣ１の他端に接続している。
そして、正極側経路切換Ｃ接点スイッチ１１３ａと負極側経路切換Ｃ接点スイッチ１１３ｂとで、ツインリレーの経路切換Ｃ接点スイッチ１１３を構成している。
経路切換Ｃ接点スイッチ１１３は、例えば、制御装置１２０が、電流経路が接点ａと接点ｂとで均等になるように切り換え制御する。あるいは、５０％の確率で生じる他の情報に基づいて切り換えるようにしてもよい。例えば、地絡検出装置１００に設けられているセンサの出力の下位１ビットの値に応じて経路切換Ｃ接点スイッチ１１３を切り換えることができる。
第６例）図４に示した第３例では、それぞれのリレーの共通接点ｃ側経路に抵抗値を揃えた分流抵抗を接続することでツインリレーを構成する一方のリレーへの負荷の偏りを防止している。
ここで、図７に示すように、対となる分流抵抗のうち一方の分流抵抗をサーミスタとしてもよい。地絡検出装置１００における標準温度において、サーミスタの抵抗値と、対となる通常抵抗の抵抗値とが同じになるようにすることで、ツインリレーを構成する一方のリレーへの負荷の偏りを防止することができる。
すなわち、温度上昇により抵抗値が下がるサーミスタを用いた場合には、標準温度よりも高い状態では、サーミスタが接続されたリレーにより多くの電流が流れ、標準温度よりも低い状態では、通常抵抗が接続されたリレーにより多くの電流が流れることになる。これにより、ツインリレーを構成するそれぞれのリレーを流れる電流を均等化することができる。温度上昇により抵抗値が上がるサーミスタを用いた場合にもそれぞれのリレーを流れる電流を均等化することができる。
本図の例では、正極側Ｃ接点スイッチ１１１を構成するリレー１１１ｂの経路にサーミスタＴａ（標準温度において＝Ｒａ２１＜＜Ｒ１）を接続し、負極側Ｃ接点スイッチ１１２を構成するリレー１１２ｂの経路にサーミスタＴｂ（標準温度において＝Ｒｂ２１＜＜Ｒ１）を接続している。
上述したいずれの例においても、図８に示すように、検出用コンデンサＣ１の放電用の経路の接続状態を、接続スイッチ１１５として機能するツインリレーを用いて切り換えるようにしてもよい。すなわち、検出用コンデンサＣ１の放電時に放電抵抗Ｒ２が接続され、その他の場合に放電抵抗Ｒ２が切り離されるように接続スイッチ１１５を切り換えるようにする。この場合、放電抵抗Ｒ２と直列に接続していた放電側のダイオードＤ２が不要となる。
ダイオードＤ２を不要とすることで、放電時にダイオードＤ２の電圧降下分の放電残りを防止でき、検出コンデンサＣ１の完全放電が可能となる。これにより、検出精度を向上させることができる。また、検出コンデンサＣ１として極性のある電解コンデンサを用いる場合、別途保護用のダイオード等が必要であるところ、本構成であれば、Ｖｃ１ｎ計測期間においても接地から正極に抜ける負電位充電経路が形成されないため、保護回路を追加することなく電解コンデンサを用いることができる。
１００ 地絡検出装置
１１１ 正極側Ｃ接点スイッチ
１１２ 負極側Ｃ接点スイッチ
１１３ 経路切換Ｃ接点スイッチ
１１５ 接続スイッチ
１２０ 制御装置
３００ 高電圧バッテリ
３０１ 正極側電源ライン
３０２ 負極側電源ライン

Claims (4)

  1. 非接地の高電圧バッテリと接続し、前記高電圧バッテリが設けられた系の地絡を検出する地絡検出装置であって、
    制御部と、
    フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサと、
    前記高電圧バッテリの正極側と接続する正極側第１抵抗と、
    前記高電圧バッテリの負極側と接続する負極側第１抵抗と、
    一端が接地し、他端の電圧が前記制御部によって測定される正極側第２抵抗と、
    一端が接地した負極側第２抵抗と、
    連動して動作するリレーが並列に接続されたツインリレーとして形成され、前記制御部の指示に基づいて、前記検出用コンデンサの第１端の接続先を、前記正極側第１抵抗を含む経路と、前記正極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える正極側Ｃ接点スイッチと、
    連動して動作するリレーが並列に接続されたツインリレーとして形成され、前記制御部の指示に基づいて、前記検出用コンデンサの第２端の接続先を、前記負極側第１抵抗を含む経路と、前記負極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える負極側Ｃ接点スイッチと、
    前記正極側Ｃ接点スイッチのいずれかのリレーを前記検出用コンデンサの第１端の接続先に切り換えるリレーと、前記負極側Ｃ接点スイッチのいずれかのリレーを前記検出用コンデンサの第２端の接続先に切り換えるリレーとが連動して動作するツインリレーとして形成された経路切換Ｃ接点スイッチと、
    を備えたことを特徴とする地絡検出装置。
  2. 非接地の高電圧バッテリと接続し、前記高電圧バッテリが設けられた系の地絡を検出する地絡検出装置であって、
    制御部と、
    フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサと、
    前記高電圧バッテリの正極側と接続する正極側第１抵抗と、
    前記高電圧バッテリの負極側と接続する負極側第１抵抗と、
    一端が接地し、他端の電圧が前記制御部によって測定される正極側第２抵抗と、
    一端が接地した負極側第２抵抗と、
    連動して動作するリレーが並列に接続されたツインリレーとして形成され、前記制御部の指示に基づいて、前記検出用コンデンサの第１端の接続先を、前記正極側第１抵抗を含む経路と、前記正極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える正極側Ｃ接点スイッチと、
    連動して動作するリレーが並列に接続されたツインリレーとして形成され、前記制御部の指示に基づいて、前記検出用コンデンサの第２端の接続先を、前記負極側第１抵抗を含む経路と、前記負極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える負極側Ｃ接点スイッチと、
    前記正極側Ｃ接点スイッチの一方のリレーの前記検出用コンデンサ接続側に接続された第１分流抵抗と、
    前記正極側Ｃ接点スイッチの他方のリレーの前記検出用コンデンサ接続側に接続された第１サーミスタと、
    前記負極側Ｃ接点スイッチの一方のリレーの前記検出用コンデンサ接続側に接続された第２分流抵抗と、
    前記正極側Ｃ接点スイッチの他方のリレーの前記検出用コンデンサ接続側に接続された第２サーミスタと、
    を備えたことを特徴とする地絡検出装置。
  3. あらかじめ定められた標準温度において、前記第１サーミスタは前記第１分流抵抗と同抵抗値であり、前記第２サーミスタは前記第２分流抵抗と同抵抗値であることを特徴とする請求項２に記載の地絡検出装置。
  4. 非接地の高電圧バッテリと接続し、前記高電圧バッテリが設けられた系の地絡を検出する地絡検出装置であって、
    制御部と、
    フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサと、
    前記高電圧バッテリの正極側と接続する正極側第１抵抗と、
    前記高電圧バッテリの負極側と接続する負極側第１抵抗と、
    一端が接地し、他端の電圧が前記制御部によって測定される正極側第２抵抗と、
    一端が接地した負極側第２抵抗と、
    前記制御部の指示に基づいて、前記検出用コンデンサの第１端の接続先を、前記正極側第１抵抗を含む経路と、前記正極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える正極側Ｃ接点スイッチと、
    前記制御部の指示に基づいて、前記検出用コンデンサの第２端の接続先を、前記負極側第１抵抗を含む経路と、前記負極側第２抵抗を含む経路とで択一的に切り換える負極側Ｃ接点スイッチと、
    前記正極側Ｃ接点スイッチと前記検出用コンデンサの第１端との間に直列接続されたダイオードおよび充電抵抗と、
    前記ダイオードおよび充電抵抗と並列に接続スイッチを介して接続された放電抵抗と、
    を備えたことを特徴とする地絡検出装置。
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