JP2022062862A - 地絡検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地絡検出精度を低下させることなく電源コンデンサの静電容量に応じた地絡検出を実現することが可能な地絡検出装置を提供する。【解決手段】所定周波数の地絡検知用信号が重畳した電力線から分離した地絡検知用信号の周波数強度に基づいて電力線の地絡抵抗値を推定することにより電力線における地絡の発生を検知する地絡検知装置であって、電力線に接続される電源コンデンサの静電容量と周波数強度と地絡抵抗値との関係を示すデータが複数に登録された基本テーブルに基づいて前記データ間を補間する補間特性を取得し、当該補間特性、静電容量の指定値及び周波数強度の計測値に基づいて地絡抵抗値を推定する地絡検知部を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、地絡検知装置に関する。

下記特許文献１には、地絡検知装置が開示されている。この地絡検知装置は、地絡検知用信号を発生させる信号発生部と、地絡検知用信号を第１の電源線路と第２の電源線路とに供給する信号供給部と、第１の電源線路と第２の電源線路とから得られた第１及び第２の地絡検知用信号をそれぞれ含む第１及び第２の被検知信号を信号処理する信号処理部と、信号処理部の第１及び第２の出力信号を加算する加算回路と、単一の加算信号から地絡検知用信号を抽出するバントパスフィルタと、直流電源の地絡を検知する地絡検知部とを備え、地絡検知部は、地絡検知用信号の値が下限閾値よりも小さい又は上限閾値よりも大きい時に第１及び第２の電源線路のインピーダンスの差が変化することにより発生するノイズが地絡検知用信号に重畳していると判断し、地絡の検知を無効化する。

特開２０１８－００９８７５号公報

ところで、上記特許文献１の地絡検知装置は、ＡＣ方式の地絡検出装置である。一般に、高電圧バッテリの正極側電源ラインと接地電極との間及び負極側電源ラインと接地電極との間には、電源の高周波ノイズ除去したり動作を安定化するために電源コンデンサが各々接続される。ＡＣ方式の地絡検出装置では、このような電源コンデンサの静電容量を地絡インピーダンスとして捉えてしまうため、地絡検出精度が低下する虞がある。

この懸念への対応として、電源コンデンサの静電容量を考慮して、上記バントパスフィルタから地絡検知部に入力される地絡検知用信号の振幅（周波数強度）に基づいて地絡抵抗値を推定することが考えられるが、電源コンデンサの静電容量は、車両毎に異なる。したがって、電源コンデンサの静電容量を考慮する場合には、結局のところ地絡検知装置を電源コンデンサの静電容量毎に作り分ける必要があるという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、地絡検出精度を低下させることなく電源コンデンサの静電容量に応じた地絡検出を実現することが可能な地絡検出装置の提供を目的とする。

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、所定周波数の地絡検知用信号が重畳した電力線から分離した前記地絡検知用信号の周波数強度に基づいて前記電力線の地絡抵抗値を推定することにより前記電力線における地絡の発生を検知する地絡検知装置であって、前記電力線に接続される電源コンデンサの静電容量と前記周波数強度と前記地絡抵抗値との関係を示すデータが複数に登録された基本テーブルに基づいて前記データ間を補間する補間特性を取得し、当該補間特性、前記静電容量の指定値及び前記周波数強度の計測値に基づいて前記地絡抵抗値を推定する地絡検知部を備える、という手段を採用する。

本発明では、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、前記地絡検知部は、基本テーブルに基づいて前記静電容量と前記周波数強度との関係を示す第１近似式を前記補間特性として前記静電容量毎に取得し、前記第１近似式と前記指定値とに基づいて前記地絡抵抗値を取得する、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、前記地絡検知部は、前記第１近似式と前記指定値とに基づいて前記周波数強度と前記地絡抵抗値との関係を示す第２近似式を取得し、該第２近似式と前記周波数強度の計測値とに基づいて前記地絡抵抗値を取得する、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４の解決手段として、上記第１～第３のいずれかの解決手段において、前記基本テーブルにおける前記静電容量は、前記電力線に接続される電源コンデンサの静電容量の下限値と上限値とを含むように設定される、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５の解決手段として、上記第１～第４のいずれかの解決手段において、前記地絡検知装置は前記指定値を入力するための入力端子を備える、という手段を採用する。

本発明によれば、地絡検出精度を低下させることなく電源用コンデンサの静電容量に応じた地絡検出を実現することが可能な地絡検出装置を提供することが可能である。

本発明の一実施形態における走行駆動系の全体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。 本発明の一実施形態に係る地絡検知装置Ａの動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態において、Ｙコンデンサの静電容量に対する周波数強度対地絡抵抗の基準テーブルを示す模式図である。 本発明の一実施形態において、地絡抵抗値と周波数強度との近似多項式を示すグラフ及び係数表である。 本発明の一実施形態において、Ｙコンデンサの静電容量と周波数強度との近似多項式を示すグラフ及び係数表である。

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。
最初に、本実施形態における走行駆動系の全体構成について、図１を参照して説明する。

この走行駆動系は、車両に備えられた車輪（駆動輪）を回転駆動するものであり、組電池Ｂ、一対の電力線Ｓｐ、Ｓｎ、一対のコンタクタＷｐ、Ｗｎ、ＰＣＵ（Power Control Unit）１０、走行モータＭ、プラス側電源コンデンサＣｐ、マイナス側電源コンデンサＣｎ及びＢＭＳ（Battery Management System）２０を備えている。このような走行駆動系は、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載されている。

組電池Ｂは、プラス端子（正極端子）とマイナス端子（負極端子）とを備え、複数の電池モジュールが直列接続された二次電池である。各電池モジュールは複数の電池セルが直列接続されたものであり、各電池セルの合計電圧を出力する。すなわち、本実施形態における組電池Ｂは、電池モジュールの個数及び各電池モジュールにおける電池セルの個数に応じた直流電圧を出力する二次電池である。このような組電池Ｂは、例えばリチウムイオン電池あるいは燃料電池であり、数百ボルトの直流電圧を出力する。

一対の電力線Ｓｐ、Ｓｎのうち、プラス側電力線Ｓｐは、一端が組電池Ｂのプラス端子に接続され、他端がＰＣＵ１０の第１入力側端子に接続されている。このプラス側電力線Ｓｐは、例えばバスバーによって形成されており、組電池Ｂのプラス端子から流出する電池電流をＰＣＵ１０の第１入力側端子に供給する。

マイナス側電力線Ｓｎは、一端が組電池Ｂのマイナス端子に接続され、他端がＰＣＵ１０の第２入力側端子に接続されている。このマイナス側電力線Ｓｎは、上述したプラス側電力線Ｓｐと対をなすバスバーによって形成されており、ＰＣＵ１０の第２入力側端子から流出する電池電流を組電池Ｂのマイナスに供給する。

一対のコンタクタＷｐ、Ｗｎのうち、プラス側コンタクタＷｐは、プラス側電力線Ｓｐの途中部位に設けられた開閉器である。このプラス側コンタクタＷｐは、ＢＭＳ２０の被制御素子であり、ＢＭＳ２０から入力される開閉制御信号に基づいて開状態あるいは閉状態に設定される。このようなプラス側コンタクタＷｐは、開状態において組電池Ｂのプラス端子とＰＣＵ１０の第１入力側端子との接続を遮断し、閉状態において組電池Ｂのプラス端子とＰＣＵ１０の第１入力側端子とを接続状態とする。

マイナス側コンタクタＷｎは、マイナス側電力線Ｓｎの途中部位に設けられた開閉器である。このマイナス側コンタクタＷｎは、ＢＭＳ２０の被制御素子であり、ＢＭＳ２０から入力される開閉制御信号に基づいて開状態あるいは閉状態に設定される。このようなマイナス側コンタクタＷｎは、開状態において組電池Ｂのマイナス端子とＰＣＵ１０の第２入力側端子との接続を遮断し、閉状態において組電池Ｂのマイナス端子とＰＣＵ１０の第２入力側端子とを接続状態とする。

ＰＣＵ１０は、上述した一対の電力線Ｓｐ、Ｓｎ及びコンタクタＷｐ、Ｗｎを介して組電池Ｂから供給される直流電力（電池電力）を所定仕様の交流電力に変換する電力変換回路である。このＰＣＵ１０は、ＢＭＳ２０の被制御回路であり、ＢＭＳ２０から入力されるＰＷＭ信号に基づいて交流電力（出力電力）の仕様（振幅及び周波数）が設定される。

このようなＰＣＵ１０は、例えば昇圧回路と三相インバータ回路とによって構成されており、三相の力行電力を走行モータＭに出力する。昇圧回路は、電池電力（直流電力）を昇圧して三相インバータ回路に供給する一方、三相インバータ回路から入力される回生電力（直流電力）を降圧して一対の電力線Ｓｐ、Ｓｎに出力する。三相インバータ回路は、昇圧回路から入力される昇圧電力（直流電力）を三相の交流電力（力行電力）に変換して走行モータＭに出力する一方、走行モータＭから入力される三相の回生電力（交流電力）を直流電力に変換して昇圧回路に出力する。

走行モータＭは、ＰＣＵ１０の力行電力（交流電力）を受け入れる３つの入出力端子を備えており、力行電力に応じた回転動力を発生する電動機である。この走行モータＭには、力行電力の振幅に応じた駆動電流が通電され、また力行電力の周波数に応じた角速度で回転する。

このような走行モータＭは、車両の走行状態によっては発電機として機能する。例えば車両がブレーキ操作された場合、走行モータＭは発電機として機能し、３つの入出力端子から回生電力（交流電力）をＰＣＵ１０に出力する。この回生電力（交流電力）は、ＰＣＵ１０、一対の電力線Ｓｐ、Ｓｎ及びコンタクタＷｐ、Ｗｎを介して組電池Ｂに充電される。

プラス側電源コンデンサＣｐは、一端がプラス側電力線Ｓｐに接続され、他端が電動車両の車体フレームに接続されている。このプラス側電源コンデンサＣｐは、組電池Ｂにおけるプラス端子の電圧（プラス電圧）を安定化させる平滑コンデンサであり、プラス電圧の変動に応じて充放電する。

マイナス側電源コンデンサＣｎは、一端がマイナス側電力線Ｓｎに接続され、他端が電動車両の車体フレームに接続されている。このマイナス側電源コンデンサＣｎは、組電池Ｂにおけるマイナス端子の電圧（マイナス電圧）を安定化させる平滑コンデンサであり、マイナス電圧の変動に応じて充放電する。

なお、このようなプラス側電源コンデンサＣｐ及びマイナス側電源コンデンサＣｎは、本発明の電源コンデンサに相当するものであり、以下では総称として「Yコンデンサ」という。

このようなプラス側電源コンデンサＣｐ及びマイナス側電源コンデンサＣｎは、例えば０．１～０．３μＦオーダーの静電容量を有するものであるが、電動車両の車種や製造時期等に応じて静電容量が変化し得る。すなわち、プラス側電源コンデンサＣｐ及びマイナス側電源コンデンサＣｎの静電容量は、数倍のオーダーで変化し得るものである。

ＢＭＳ２０は、組電池Ｂの状態を監視・制御する電池管理システムである。このＢＭＳ２０は、組電池Ｂの出力電流（電池電流）を検出する電流センサ、各電池セルの電圧（セル電圧）を検出する電圧検出回路及び各電池モジュールの温度を検出する温度センサ等を備えている。

このようなＢＭＳ２０は、電池電流、各セル電圧及びモジュール温度等に基づいて組電池Ｂの動作状態を認知し、この認知結果に基づいて必要な対処、例えば一対のコンタクタＷｐ、Ｗｎを強制的に開状態に設定して組電池ＢからＰＣＵ１０への力行電力の供給を遮断する。

また、ＢＭＳ２０は、図示するように地絡検知装置Ａを一機能として内包する。この地絡検知装置Ａは、プラス端子及び／あるいはマイナス端子の地絡つまりプラス端子及び／あるいはマイナス端子が何らかの原因で車両の車体フレームに接触する状態に至ったか否かを評価するものである。

このようなプラス端子及び／あるいはマイナス端子の地絡は、例えば一対の電力線Ｓｐ、Ｓｎの何れか一方あるいは両方が導電性の異物によって車体フレームと接続される状態になることによって発生し得る。すなわち、プラス側電力線Ｓｐと車体フレームとの間の絶縁抵抗及びマイナス側電力線Ｓｎと車体フレームとの間の絶縁抵抗は、地絡が発生しない正常状態において例えば数十ＭΩ以上になるが、地絡が発生すると上記数十ＭΩ（正常絶縁抵抗値）から大幅に減少する。

図１において、抵抗器Ｒｐは、プラス側電力線Ｓｐの絶縁抵抗つまりプラス側地絡抵抗に相当する。また、抵抗器Ｒｎは、マイナス側電力線Ｓｎの絶縁抵抗つまりマイナス側地絡抵抗に相当する。本実施形態に係る地絡検知装置Ａは、このようなプラス側地絡抵抗Ｒｐ及びマイナス側地絡抵抗Ｒｎの合成抵抗値（地絡抵抗値）を算出することによりプラス側電力線Ｓｐあるいは／及びマイナス側電力線Ｓｎの地絡発生を検知する。

このような地絡検知装置Ａは、図２に示すように、プラス側分圧回路１ｐ、マイナス側分圧回路１ｎ、加算回路２、ＢＰＦ（Band Pass Filter）３、ＭＰＵ（Micro-processing Unit）４、電圧変換回路５、プラス側結合回路６ｐ、マイナス側結合回路６ｎ及び差動増幅器７を備えている。この地絡検知装置Ａは、図示するように、電源電圧が所定のプラス電位（＋Ｖcc）である単一の電源Ｅによって駆動される。

プラス側分圧回路１ｐ及びマイナス側分圧回路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。これらプラス側分圧回路１ｐ及びマイナス側分圧回路１ｎは、全く同一の回路構成を有する。また、プラス側分圧回路１ｐ及びマイナス側分圧回路１ｎのうち、プラス側分圧回路１ｐにはプラス側電力線Ｓｐが入力として接続され、マイナス側分圧回路１ｎには、マイナス側電力線Ｓｎが入力として接続されている。

また、プラス側分圧回路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、プラス側電力線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。マイナス側分圧回路１ｎは、上記プラス側分圧回路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、マイナス側電力線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、プラス側分圧回路１ｐ及びマイナス側分圧回路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、プラス側分圧回路１ｐ及びマイナス側分圧回路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、このようなプラス側分圧回路１ｐ及びマイナス側分圧回路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。このようなプラス側分圧回路１ｐ及びマイナス側分圧回路１ｎは、組電池Ｂのプラス端子及びマイナス端子に対応して、つまり一対の電力線（プラス側電力線Ｓｐ及びマイナス側電力線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、プラス側分圧回路１ｐの出力とマイナス側分圧回路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、プラス側分圧回路１ｐの出力信号とマイナス側分圧回路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、基準信号発生器４ｃ、記憶部４ｄ及び入力端子４ｅを備える。

詳細については後述するが、地絡検知部４ａは、上述したプラス側分圧回路１ｐ及びマイナス側分圧回路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プラス側電力線Ｓｐ及びマイナス側電力線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、組電池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。記憶部４ｄは、地絡抵抗値の推定に必要な基準テーブルを記憶する。この基準テーブルは、上述したＹコンデンサの静電容量、周波数強度及び地絡抵抗値との関係を示す複数のデータ（計測値）が登録されたデータテーブルである。入力端子４ｅは、このような記憶部４ｄに基準テーブルに上記データ（計測値）を記憶させるための入力端子である。

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）をプラス側結合回路６ｐ及びマイナス側結合回路６ｎに出力する。

プラス側結合回路６ｐ及びマイナス側結合回路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。これらプラス側結合回路６ｐ及びマイナス側結合回路６ｎは、全く同一の回路構成を有する。

すなわち、プラス側結合回路６ｐ及びマイナス側結合回路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。このようなプラス側結合回路６ｐ及びマイナス側結合回路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。

このようなプラス側結合回路６ｐ及びマイナス側結合回路６ｎのうち、プラス側結合回路６ｐは、他端がプラス側分圧回路１ｐの入力端（プラス側入力端Ｋｐ）、つまりバッテリＥＣＵにおけるプラス側電力線Ｓｐの接続点に接続されている。また、マイナス側結合回路６ｎは、他端がマイナス側分圧回路１ｎの入力端（マイナス側入力端Ｋｎ）、つまりバッテリＥＣＵにおけるマイナス側電力線Ｓｎの接続点に接続されている。

電圧変換回路５からプラス側結合回路６ｐに入力された基準信号（デジタル信号）は、プラス側結合回路６ｐのインピーダンスとプラス側電力線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プラス側分圧回路１ｐの入力端に供給される。

また、電圧変換回路５からマイナス側結合回路６ｎに入力された基準信号（デジタル信号）は、マイナス側結合回路６ｎのインピーダンスとマイナス側電力線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マイナス側分圧回路１ｎの入力端に供給される。

ここで、プラス側結合回路６ｐに関する上記他の回路のインピーダンスＺ_６ｐは、プラス側分圧回路１ｐのインピーダンスＺ_１ｐ、プラス側電力線ＳｐのインピーダンスＺ_Ｓｐ及び組電池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、マイナス側結合回路６ｎに関する上記他の回路のインピーダンスＺ_６ｎは、マイナス側分圧回路１ｎのインピーダンスＺ_１ｎ、マイナス側電力線ＳｎのインピーダンスＺ_Ｓｎ及び組電池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、組電池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、プラス側分圧回路１ｐのプラス側入力端Ｋｐには、プラス側結合回路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組電池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、マイナス側分圧回路１ｎのマイナス側入力端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組電池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、プラス側分圧回路１ｐに入力される地絡検知用信号は、組電池Ｂのプラス端子の端子電圧Ｖｐを伝送するプラス側電力線Ｓｐの地絡を検知するための重畳信号であり、またマイナス側分圧回路１ｎに入力される地絡検知用信号は、組電池Ｂのマイナス端子の端子電圧Ｖｎを伝送するマイナス側電力線Ｓｎの地絡を検知するための重畳信号である。

また、上述したプラス側分圧回路１ｐ及びマイナス側分圧回路１ｎは、プラス側電力線Ｓｐ及びマイナス側電力線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、このようなプラス側分圧回路１ｐ及びマイナス側分圧回路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、組電池Ｂの端子間電圧を分圧した電圧信号であり、組電池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組電池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、本実施形態に係る地絡検知装置Ａの動作について、図３～図７をも参照して詳しく説明する。

最初に、図３を参照してプラス地絡抵抗値及びマイナス地絡抵抗値の算出原理について説明する。この図３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。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回路５によって振幅変換され、プラス側結合回路６ｐを経由してプラス側分圧回路１ｐのプラス側入力端Ｋｐに供給され、またマイナス側結合回路６ｎを経由してマイナス側分圧回路１ｎのマイナス側入力端Ｋｎに供給される。

ここで、プラス側結合回路６ｐのインピーダンスＺ_６ｐはマイナス側結合回路６ｎのインピーダンスＺ_６ｎに略等しく、プラス側電力線ＳｐのインピーダンスＺ_Ｓｐはマイナス側電力線ＳｎのインピーダンスＺ_Ｓｎに略等しく、プラス側分圧回路１ｐのインピーダンスＺ_１ｐはマイナス側分圧回路１ｎのインピーダンスＺ_１ｎに略等しいので、プラス側入力端Ｋｐに供給される地絡検知用信号の振幅Ｖｐは、マイナス側入力端Ｋｎに供給される地絡検知用信号の振幅Ｖｎに略等しい。

プラス側電力線Ｓｐが地絡した場合、プラス側電力線ＳｐのインピーダンスＺ_Ｓｐは、プラス側電力線Ｓｐが正常な場合から変化して略ゼロとなり、マイナス側電力線ＳｎのインピーダンスＺ_Ｓｎについても、マイナス側電力線Ｓｎが正常な場合から変化して略ゼロとなる。

すなわち、プラス側電力線Ｓｐあるいは／及びマイナス側電力線Ｓｎの地絡発生の有無に応じてプラス側入力端Ｋｐに供給される地絡検知用信号の振幅Ｖｐあるいは／及びマイナス側入力端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（周波数強度）を変化させる。

この振幅Ｖｔ（周波数強度）は、プラス側地絡抵抗Ｒｐ及びマイナス側地絡抵抗Ｒｎの合成抵抗値（地絡抵抗値）に応じて変動する量である。ＭＰＵ４における地絡検知部４ａは、ＢＰＦ３から入力される振幅Ｖｔ（周波数強度）に基づいてプラス側地絡抵抗Ｒｐ及びマイナス側地絡抵抗Ｒｎの合成抵抗値（地絡抵抗値）を推定する。

そして、地絡検知部４ａは、上記地絡抵抗値に基づいてプラス側電力線Ｓｐあるいは／及びマイナス側電力線Ｓｎの地絡発生の有無を判定する。この地絡発生の判定では、地絡抵抗値の推定精度が判定精度を左右する。地絡検知部４ａは、図４のフローチャートに示す手順で地絡抵抗値を推定（特定）する。

最初に、記憶部４ｄに記憶された基準テーブルについて追加説明する。この基準テーブルは、事前に作成されてＭＰＵ４に記憶されているものであり、Ｙコンデンサの静電容量、周波数強度及び地絡抵抗値との関係を示す複数のデータ（計測値）が登録されたデータテーブルである。このような基準テーブルにおける各データ（計測値）は、入力端子４ｅから予め入力される。

さらに詳しく説明すると、この基準テーブルは、離散的な幾つかのＹコンデンサの静電容量について、所定範囲に亘る周波数強度と地絡抵抗値との関係を示す複数のデータである。図５は、このような基準テーブルの一例を示す特性表であり、３つの静電容量つまり「0.0μＦ」、「0.20μＦ」及び「0.40μＦ」をパラメータとして、周波数強度と地絡抵抗値との関係を示している。

ここで、基準テーブルを作成する際のＹコンデンサの静電容量は、実際の走行駆動系で採用され得る範囲を包含するように選定される。例えば、図５の基準テーブルにおける最小の静電容量「0.0μＦ」は、実際の走行駆動系採用され得る下限値に相当するものである。また、図５の基準テーブルにおける最大の静電容量「0.4μＦ」は、実際の走行駆動系採用され得る上限値に相当するものである。

さらに、図５の基準テーブルにおける静電容量「0.2μＦ」は、上述した下限値と上限値との間の値である。このように、基準テーブルの各データ（計測値）におけるＹコンデンサの静電容量は、離散的な３点の値であるが、実際の走行駆動系採用され得る下限値と上限値とを含むように設定されている。

このような基準テーブルは、Ｙコンデンサの静電容量、周波数強度及び地絡抵抗値という３つの物理量の相互関係を離散的なデータ（計測値）として示すものである。地絡検知部４ａは、このような基準テーブルに基づいて、Ｙコンデンサの静電容量と周波数強度との関係を示す近似多項式（例えば二次多項式）を取得する（ステップＳ１）。

図５の基準テーブルの場合、地絡抵抗値について１２個のデータ（計測値）が登録されているので、Ｙコンデンサの静電容量と周波数強度との関係を示す二次多項式は、図６（ａ）に示すように１２個得られる。そして、１２個の二次多項式Ｍ１～Ｍ１２の各項の係数ａ_０～ａ_２は、図６（ｂ）のように各々割り出される。

このようにして得られた二次多項式Ｍ１～Ｍ１２は、基準テーブルの離散的なＹコンデンサの静電容量に対する離散的な周波数強度との関係を、連続的なＹコンデンサの静電容量に対する連続的な周波数強度との関係に変換したものである。すなわち、二次多項式Ｍ１～Ｍ１２は、静電容量「0.0μＦ」、「0.2μＦ」及び「0.4μＦ」という３つの離散的な静電容量の間つまり基準テーブルに登録された各データ（計測値）の間を補間（内挿）するものである。

地絡検知部４ａは、例えば基準テーブルの各データ（計測値）に最小二乗法を適用することにより、上記二次多項式Ｍ１～Ｍ１２を取得する。すなわち、各二次多項式Ｍ１～Ｍ１２は、基準テーブルの各データ（計測値）との距離の総和が最小となるように各項の係数が最適化されることによって得られる。このような各二次多項式Ｍ１～Ｍ１２は、本発明の補間特性及び第１近似式に相当する。

続いて、地絡検知部４ａは、地絡抵抗値と周波数強度との関係を示す近似多項式を取得する（ステップＳ２）。すなわち、地絡検知部４ａは、ＭＰＵ４に記憶されるＹコンデンサの静電容量の指定値（静電容量指定値Ｃｘ）とステップＳ１で取得した二次多項式Ｍ１～Ｍ１２とを用いることにより、周波数強度と地絡抵抗値との関係を示す六次多項式を近似多項式として取得する。

上記静電容量指定値Ｃｘは、実際に評価しようとしている車両の搭載デバイスに使用されているＹコンデンサの静電容量であり、上述した基準テーブルと同様に、プラス側電力線Ｓｐ及び／あるいはマイナス側電力線Ｓｎの地絡を検知する際に必要な地絡評価用データであって、ＭＰＵ４は搭載される車両に応じた静電容量指定値を記憶するＥＥＰＲＯＭなどの記憶部４ｄと指定値を入力する入力端子４ｅを備える。なお、上記六次多項式は、本発明の第２近似式に相当する。

地絡検知部４ａは、図６（ａ）に示すように、１２個の二次多項式Ｍ１～Ｍ１２に対して静電容量指定値Ｃｘを設定することにより周波数強度に関する１２個のデータｄ１～ｄ１２を取得する。そして、この１２個のデータｄ１～ｄ１２に対して、例えば最小二乗法を適用することにより、図７（ａ）に示すように周波数強度と地絡抵抗値とに関する六次多項式Ｌを取得する。この六次多項式Ｌにおける各項の係数は、図７（ｂ）のように各々割り出される。

地絡検知部４ａは、このような六次多項式ＬにＢＰＦ３から入力される周波数強度の計測値つまり振幅Ｖｔを入力することにより、静電容量指定値Ｃｘに対応する地絡抵抗値を取得する（ステップＳ３）。なお、上記静電容量指定値Ｃｘは、基本テーブルにおける静電容量の下限値「0.0μＦ」と上限値「0.4μＦ」との間の値、例えば「0.3μＦ」として与えられる。

このような本実施形態によれば、基準テーブル、静電容量指定値Ｃｘ及び振幅Ｖｔ（周波数強度の計測値）に基づいて地絡抵抗値を取得するので、地絡抵抗値の制度を従来よりも高めることが可能である。したがって、本実施形態によれば、地絡検出精度を低下させることなく、Ｙコンデンサ（電源コンデンサ）の静電容量に応じた地絡検出を実現することが可能である。

また、本実施形態によれば、基準テーブルに基づいて二次多項式（第１近似式）を取得し、当該二次多項式（第１近似式）と静電容量指定値Ｃｘとに基づいて六次多項式（第２近似式）を取得し、当該六次多項式（第２近似式）と振幅Ｖｔ（周波数強度の計測値）に基づいて地絡抵抗値を取得するので、高い精度で地絡抵抗値を取得することができる。

さらに、本実施形態によれば、基本テーブルにおけるＹコンデンサ（電源コンデンサ）の静電容量がプラス側電力線Ｓｐ及びマイナス側電力線Ｓｎに接続されるプラス側電源コンデンサＣｐ及びマイナス側電源コンデンサＣｎ（電源コンデンサ）の静電容量の下限値と上限値とを含むように設定されるので、近似精度の高い二次多項式（第１近似式）を取得することが可能である。

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、本発明の補間特性として１２個の二次多項式Ｍ１～Ｍ１２（第１近似式）を採用したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、基本テーブルの各データ（計測値）間を補間することにより静電容量指定値Ｃｘに対応した地絡抵抗値を高精度に推定しようとするものである。したがって、例えば基本テーブルにおいて互いに隣り合うデータ（計測値）間で補間処理を１あるいは複数回行うことにより、基本テーブルのデータ数を数倍に増やしたものを補間特性としてもよい。

（２）上記実施形態では、基本テーブルの各データ（計測値）間の補間手法として内挿を採用したものである。すなわち、上記実施形態における１２個の二次多項式Ｍ１～Ｍ１２（第１近似式）は、基本テーブルの内挿処理によって補間特性を取得するものである。しかしながら、本発明の補間特性は、これに限定されない。すなわち、基本テーブルの外挿処理によって補間特性を取得してもよい。

（３）上記実施形態では、３つの静電容量「0.0μＦ」、「0.2μＦ」及び「0.4μＦ」をパラメータとした基準テーブルを採用したが、本発明はこれに限定されない。静電容量に関するパラメータ数を増やすことにより二次多項式（第１近似式）の近似精度が向上するので、４つ以上の静電容量をパラメータとする基準テーブルを採用してもよい。

（３）上記実施形態では、１２個の二次多項式Ｍ１～Ｍ１２を第１近似式として取得し、また１つの六次多項式Ｌを第２近似式として取得したが、本発明はこれに限定されない。他の次数の多項式を１近似式及び／あるいは第２近似式としてもよい。

（４）上記実施形態では、１２個の二次多項式Ｍ１～Ｍ１２（第１近似式）の全てを用いて六次多項式Ｌ（第２近似式）を取得したが、本発明はこれに限定されない。１２個の二次多項式Ｍ１～Ｍ１２（第１近似式）の一部を用いて六次多項式Ｌ（第２近似式）を取得してもよい。

（５）上記実施形態では、プラス側入力端Ｋｐ及びマイナス側入力端Ｋｎの両方に地絡検知用信号を供給することによりプラス側電力線Ｓｐ及びマイナス側電力線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、プラス側入力端Ｋｐあるいはマイナス側入力端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、プラス側電力線Ｓｐあるいはマイナス側電力線Ｓｎの何れか一方の地絡発生を検知してもよい。

（６）上記実施形態では、加算回路２でプラス側分圧回路１ｐの出力とマイナス側分圧回路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を削除すると共にプラス側分圧回路１ｐ及びマイナス側分圧回路１ｎに対応して各々にＢＰＦ及び地絡検知部を設けることにより、プラス側電力線Ｓｐの地絡発生とマイナス側電力線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 組電池
Ｋｐ プラス側入力端
Ｋｎ マイナス側入力端
Ｓｐ プラス側電力線
Ｓｎ マイナス側電力線
Ｗｐ プラス側コンタクタ
Ｗｎ マイナス側コンタクタ
Ｍ 走行モータ
Ｃｐ プラス側電源コンデンサ
Ｃｎ マイナス側電源コンデンサ
１ｐ プラス側分圧回路
１ｎ マイナス側分圧回路
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
４ｄ 記憶部
４ｅ 入力端子
５ 電圧変換回路
６ｐ プラス側結合回路
６ｎ マイナス側結合回路
７ 差動増幅器
１０ ＰＣＵ
２０ ＢＭＳ

Claims (5)

1. 所定周波数の地絡検知用信号が重畳した電力線から分離した前記地絡検知用信号の周波数強度に基づいて前記電力線の地絡抵抗値を推定することにより前記電力線における地絡の発生を検知する地絡検知装置であって、
   前記電力線に接続される電源コンデンサの静電容量と前記周波数強度と前記地絡抵抗値との関係を示すデータが複数に登録された基本テーブルに基づいて前記データ間を補間する補間特性を取得し、当該補間特性、前記静電容量の指定値及び前記周波数強度の計測値に基づいて前記地絡抵抗値を推定する地絡検知部を備えることを特徴とする地絡検知装置。
2. 前記地絡検知部は、基本テーブルに基づいて前記静電容量と前記周波数強度との関係を示す第１近似式を前記補間特性として前記静電容量毎に取得し、前記第１近似式と前記指定値とに基づいて前記地絡抵抗値を取得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. 前記地絡検知部は、前記第１近似式と前記指定値とに基づいて前記周波数強度と前記地絡抵抗値との関係を示す第２近似式を取得し、該第２近似式と前記周波数強度の計測値とに基づいて前記地絡抵抗値を取得することを特徴とする請求項２に記載の地絡検知装置。
4. 前記基本テーブルにおける前記静電容量は、前記電力線に接続される電源コンデンサの静電容量の下限値と上限値とを含むように設定されることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の地絡検知装置。
5. 前記地絡検知装置は前記指定値を入力するための入力端子を備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の地絡検知装置。
   

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