JP5518138B2 - 非接地回路の地絡検知装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電動車両等に搭載された非接地回路の地絡を検知する地絡検知装置に関する。
高電圧を出力する直流電源を備えた電動車両(バッテリー駆動車両、ハイブリッド車両、燃料電池車両等)においては、直流電源及び直流電源と接続される回路を、車体の接地電位部から絶縁した非接地回路として配置するのが一般的である。
そして、このようにして電動車両に配置された非接地回路と車体の接地電位部との絶縁性が低下した地絡(非接地回路と車両の接地電位部間の抵抗が0Ω近くまで低下した状態)を検知するための種々の構成が、従来より提案されている(例えば、特許文献1〜4参照)。
特許文献1〜3に記載された構成では、非接地回路の電源電圧を検出することができないため、地絡検出部とは別に電圧検出部を用意する必要がある。そのため、地絡検知と電源電圧の検出を行う構成としたときに、地絡検知装置が大型化するという不都合がある。
また、特許文献4に記載された構成は、電源電圧を分圧して中間の電位に基準電源の出力電圧を印加し、基準電源から地絡抵抗に流れる電流に基づいて地絡を検知している。そして、この構成では、基準電源の出力電圧と同じ電位に地絡したときには電流が流れないため、地絡を検知することができないという不都合がある。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、小型化を図り得る構成により、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を提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、
直流電源を有し、車体の接地電位部から電気的に絶縁して車両に配置された非接地回路の地絡を検知する非接地回路の地絡検知装置に関する。
直流電源を有し、車体の接地電位部から電気的に絶縁して車両に配置された非接地回路の地絡を検知する非接地回路の地絡検知装置に関する。
そして、本発明の非接地回路の地絡検知装置は、
所定の検知用周波数で出力電圧が変化する検知用信号を出力する検知用信号発信器と、
コンデンサと抵抗を並列接続した第1中継回路を介して前記直流電源の正側出力部と接続され、該第1中継回路を介して前記検知用信号を該正側出力部に重畳すると共に、該第1中継回路を介して入力される電圧に基づいて、正側出力部の電圧に応じた電圧を出力する第1増幅器と、
コンデンサと抵抗を並列接続した第2中継回路を介して前記直流電源の負側出力部と接続され、該第2中継回路を介して前記検知用信号を該負側出力部に重畳すると共に、該第2中継回路を介して入力される電圧に基づいて、負側出力部の電圧に応じた電圧を出力する第2増幅器と、
前記第1増幅器及び前記第2増幅器により、前記直流電源の正側出力部及び負側出力部に前記検知用信号が重畳されているときに、該正側出力部の電圧と該負側出力部の電圧の変動幅に基づいて前記非接地回路の地絡を検知する地絡検知部と、
前記第1増幅器と前記第2増幅器の出力電圧の差に基づいて、前記直流電源の出力電圧を検出する第1電源電圧検出部とを備えたことを特徴とする(第1発明)。
所定の検知用周波数で出力電圧が変化する検知用信号を出力する検知用信号発信器と、
コンデンサと抵抗を並列接続した第1中継回路を介して前記直流電源の正側出力部と接続され、該第1中継回路を介して前記検知用信号を該正側出力部に重畳すると共に、該第1中継回路を介して入力される電圧に基づいて、正側出力部の電圧に応じた電圧を出力する第1増幅器と、
コンデンサと抵抗を並列接続した第2中継回路を介して前記直流電源の負側出力部と接続され、該第2中継回路を介して前記検知用信号を該負側出力部に重畳すると共に、該第2中継回路を介して入力される電圧に基づいて、負側出力部の電圧に応じた電圧を出力する第2増幅器と、
前記第1増幅器及び前記第2増幅器により、前記直流電源の正側出力部及び負側出力部に前記検知用信号が重畳されているときに、該正側出力部の電圧と該負側出力部の電圧の変動幅に基づいて前記非接地回路の地絡を検知する地絡検知部と、
前記第1増幅器と前記第2増幅器の出力電圧の差に基づいて、前記直流電源の出力電圧を検出する第1電源電圧検出部とを備えたことを特徴とする(第1発明)。
第1発明によれば、前記第1増幅器及び前記第2増幅器により前記直流電源の正側出力部及び負側出力部に前記検知用信号を重畳して、前記地絡検知部により前記非接地回路の地絡を検知しているときに、前記第1電源電圧検出部により、前記第1増幅器及び前記第2増幅器の出力電圧の差に基づいて、前記直流電源の出力電圧を検出することができる。そのため、前記直流電源の出力電圧を検出するために必要となる専用部品の増加を抑えて、地絡検知装置を小型化することができる。さらに、第1発明では、地絡検知に際して直流電圧の印加は行わないため、上記特許文献4に記載された構成のように、地絡電位により地絡の検知が不能となることがない。
また、第1発明において、
前記第1中継回路と前記第2中継回路は、コンデンサと抵抗を並列接続した単位中継回路を、複数個直列に接続して構成されていることを特徴とする(第2発明)。
前記第1中継回路と前記第2中継回路は、コンデンサと抵抗を並列接続した単位中継回路を、複数個直列に接続して構成されていることを特徴とする(第2発明)。
第2発明によれば、前記第1中継回路と前記第2中継回路を、前記単位中継回路を複数個直列に接続して構成することにより、各単位中継回路を構成するコンデンサとして、耐圧が低いコンデンサを用いて、トータルの容量を大きくすることができる。そのため、例えば、低耐圧で高容量の小型のセラミックコンデンサを用いて、前記地絡検知装置を小型化することができる。また、直列接続する前記単位中継回路の個数を増減することにより、前記第1中継回路と前記第2中継回路による前記直流電源の出力電圧の分圧レベルを、容易に設定することができる。
また、第1発明又は第2発明において、
前記直流電源の正側出力部の電圧と負側出力部の電圧との差に基づいて、前記直流電源の出力電圧を検出する第2電源電圧検出部と、
前記第1電源電圧検出部により検出された前記直流電源の出力電圧と、前記第2電源電圧検出部により検出された前記直流電源の出力電圧とを比較することによって、前記地絡検知装置の故障を検知する故障検知部とを備えたことを特徴とする(第3発明)。
前記直流電源の正側出力部の電圧と負側出力部の電圧との差に基づいて、前記直流電源の出力電圧を検出する第2電源電圧検出部と、
前記第1電源電圧検出部により検出された前記直流電源の出力電圧と、前記第2電源電圧検出部により検出された前記直流電源の出力電圧とを比較することによって、前記地絡検知装置の故障を検知する故障検知部とを備えたことを特徴とする(第3発明)。
第3発明によれば、前記第1増幅器と前記第2増幅器の一方又は両方が故障すると、前記第1電源電圧検出部により検出される前記直流電源の出力電圧が異常になり、前記第2電源電圧検出部により検出される前記直流電源の出力電圧と異なる状態となる。そのため、前記故障検知部は、前記第1電源電圧検出部により検出された前記直流電源の出力電圧と、前記第2電源電圧検出部により検出された前記直流電源の出力電圧とを比較することによって、前記地絡検知装置の故障を検知することができる。
また、第1発明から第3発明のうちのいずれかにおいて、
前記第1増幅器及び前記第2増幅器の出力電圧に基づいて、前記非接地回路の地絡箇所を特定する地絡箇所特定部を備えたことを特徴とする(第4発明)。
前記第1増幅器及び前記第2増幅器の出力電圧に基づいて、前記非接地回路の地絡箇所を特定する地絡箇所特定部を備えたことを特徴とする(第4発明)。
第4発明によれば、前記直流電源の正側出力部が地絡したときは、前記検知用信号の重畳に応じた前記第1増幅器の出力電圧の変動幅が減少し、また、前記直流電源の負側出力部が地絡したときには、前記検知用信号の重畳に応じた前記第2増幅器の出力電圧の変動幅が減少する。そのため、前記地絡箇所特定部は、前記第1増幅器及び前記第2増幅器の出力電圧に基づいて、前記非接地回路の地絡箇所を特定することができる。
また、第1発明から第4発明のうちのいずれかにおいて、
前記第1増幅器から前記直流電源の正側出力部に前記検知用信号を重畳して、前記第2増幅器から前記直流電源の負側出力部に直流電圧を重畳した状態、又は、前記第2増幅器から前記直流電源の負側出力部への前記検知用信号を重畳して、前記第1増幅器から前記直流電源の正側出力部に直流電圧を重畳する状態として、前記直流電源の正側出力部及び負側出力部の電圧の変動幅を測定し、該変動幅に基づいて地絡参照電圧を決定する地絡参照電圧決定部を備え、
前記地絡検知部は、前記第1増幅器及び前記第2増幅器により、前記直流電源の正側出力部及び負側出力部に前記検知用信号が重畳されているときに、該正側出力部の電圧変動幅と該負側出力部の電圧変動幅に応じた測定電圧と前記地絡参照電圧とを比較して、前記非接地回路の地絡の有無を検知することを特徴とする(第5発明)。
前記第1増幅器から前記直流電源の正側出力部に前記検知用信号を重畳して、前記第2増幅器から前記直流電源の負側出力部に直流電圧を重畳した状態、又は、前記第2増幅器から前記直流電源の負側出力部への前記検知用信号を重畳して、前記第1増幅器から前記直流電源の正側出力部に直流電圧を重畳する状態として、前記直流電源の正側出力部及び負側出力部の電圧の変動幅を測定し、該変動幅に基づいて地絡参照電圧を決定する地絡参照電圧決定部を備え、
前記地絡検知部は、前記第1増幅器及び前記第2増幅器により、前記直流電源の正側出力部及び負側出力部に前記検知用信号が重畳されているときに、該正側出力部の電圧変動幅と該負側出力部の電圧変動幅に応じた測定電圧と前記地絡参照電圧とを比較して、前記非接地回路の地絡の有無を検知することを特徴とする(第5発明)。
第5発明によれば、前記第1増幅器及び前記第2増幅器の一方のみから前記検知用信号を重畳し、他方からは直流電圧を重畳する状態とすることにより、前記直流電源の正側出力部又は負側出力部が短絡したときと同じ状態にすることができる。そして、この状態での前記直流電源の正側出力部及び負側出力部の電圧の変動幅は、前記直流電源の正側出力部又は負側出力部が短絡しているときと同様のレベルとなる。そのため、前記地絡判定閾値決定部は、この状態での前記直流電源の正側出力部及び負側出力部の電圧変動幅に基づいて、前記直流電源に接続されたYコンデンサ等の影響を低減した適切な前記地絡参照電圧を決定することができる。そして、前記地絡検知部は、前記地絡参照電圧を用いて、前記非接地回路の地絡の有無を容易に検知することができる。
また、第1発明から第5発明のうちのいずれかにおいて、
前記直流電源の出力電圧に重畳している信号のうち、前記検知用周波数を含む所定周波数帯域内の周波数を有する信号のみを通過させて、前記地絡検知部に入力するバンドパスフィルタを備え、
前記地絡検知部は、前記バンドパスフィルタの出力電圧から前記直流電源の正側出力部及び負側出力部の変動幅を測定することを特徴とする(第6発明)。
前記直流電源の出力電圧に重畳している信号のうち、前記検知用周波数を含む所定周波数帯域内の周波数を有する信号のみを通過させて、前記地絡検知部に入力するバンドパスフィルタを備え、
前記地絡検知部は、前記バンドパスフィルタの出力電圧から前記直流電源の正側出力部及び負側出力部の変動幅を測定することを特徴とする(第6発明)。
第6発明によれば、前記直流電源の出力電圧に重畳する高周波のノイズ信号を前記バンドパスフィルタによりカットして、前記直流電源の正側出力部及び負側出力部の変動幅を精度良く測定することができる。
また、第6発明において、
前記検知用信号の周波数を変更しつつ、前記バンドパスフィルタから前記地絡検知部に入力される電圧の振幅を測定することによって、前記バンドパスフィルタから前記地絡検知部に出力される電圧の振幅が前記所定周波数帯域の中間部で最大となる周波数を、前記検知用周波数として決定する検知用周波数決定部を備えたことを特徴とする(第7発明)。
前記検知用信号の周波数を変更しつつ、前記バンドパスフィルタから前記地絡検知部に入力される電圧の振幅を測定することによって、前記バンドパスフィルタから前記地絡検知部に出力される電圧の振幅が前記所定周波数帯域の中間部で最大となる周波数を、前記検知用周波数として決定する検知用周波数決定部を備えたことを特徴とする(第7発明)。
第7発明によれば、前記バンドパスフィルタにおける前記所定周波数帯域は、前記バンドパスフィルタを構成する部品(抵抗、コンデンサ等)の実績値に応じて変化する。そこで、前記検知用周波数決定部による処理を実行して、前記バンドパスフィルタの前記周波数帯域の中間部に前記検知用周波数を合わせ込むことにより、前記バンドパスによる効果を高めることができる。
また、本発明の車両は、第1発明から第7発明のうちのいずれかに記載された非接地回路の地絡検知装置を備えたことを特徴とする(第8発明)。
第8発明によれば、前記車両における前記非接地回路の地絡検知と前記直流電源の出力電圧の検出を、小型化した前記地絡検知装置により行うことができる。
本発明の非接地回路の地絡検知装置の実施形態の一例について、図1〜図7を参照して説明する。
図1を参照して、本実施形態の非接地回路の地絡検知装置10は、電動車両1(バッテリー駆動車両、ハイブリッド車両、燃料電池車両等、本発明の車両に相当する)に搭載され、電動車両1に備えられた非接地回路70の地絡の有無を検知するものである。
非接地回路70は、リチウムイオン電池71(本発明の直流電源に相当する)と、リチウムイオン電池71とコンタクタ72を介して接続されたインバータ73とを備えている。インバータ73は、電動車両1の駆動用電動機(図示しない)に接続されており、リチウムイオン電池71の出力電力から3相駆動電圧を生成して、駆動用電動機に出力する。
リチウムイオン電池71の出電圧は例えば300Vと高圧であり、リチウムイオン電池71及びリチウムイオン電池71と接続される回路からなる非接地回路70は、電動車両1の車体の接地電位部(ボディアース)から電気的に絶縁されて配置されている。
地絡検知装置10は、リチウムイオン電池71の正側出力部PL及び負側出力部MLと接続されて、正側出力部PL及び負側出力部MLの地絡の有無を検知する。地絡検知装置10は、正側出力部PLと抵抗20及び第1中継回路21を介して接続された反転アンプ25(本発明の第1増幅器に相当する)、負側出力部MLと抵抗30及び第2中継回路31を介して接続された反転アンプ35(本発明の第2増幅器に相当する)、正側出力部PLと抵抗40を介して接続された反転アンプ41、負側出力部MLと抵抗42を介して接続された反転アンプ43、及び検知用信号発信器50を備えている。抵抗20,30,40,42は、例えば数100kΩ〜数10MΩ程度の高抵抗である。
第1中継回路21は、抵抗とコンデンサを並列に接続した単位中継回路21a,21bを直列接続して構成され、正側出力部PLの電圧を抵抗20と第1中継回路21の抵抗と反転アンプ25の内部抵抗(図2(b)の抵抗111)とにより分圧して、反転アンプ25に入力すると共に、検知用信号発信器50から出力される検知用信号S_sigを、単位中継回路21a,21bのコンデンサを介して正側出力部PLに重畳する。
同様に、第2中継回路31は、抵抗とコンデンサを並列に接続した単位中継回路31a,31bを直列接続して構成され、負側出力部MLの電圧を抵抗30と第2中継回路31の抵抗と反転アンプ35の内部抵抗(図2(b)の抵抗111)とにより分圧して、反転アンプ35に入力すると共に、検知用信号発信器50から出力される検知用信号S_sigを、単位中継回路31a,31bのコンデンサを介して負側出力部MLに重畳する。
ここで、反転アンプ41,43は、図2(a)に示したように、オペアンプ100の負入力端子と出力端子間を抵抗101を介して接続すると共に、オフセット電圧Vofを入力して構成されている。オフセット電圧Vofは、例えば、オペアンプ100の電源電圧Vd=5Vに対してVb=2.5Vに設定される。
また、反転アンプ25,35は、図2(b)に示したように、オペアンプ110の負入力端子と出力端子間を抵抗111を介して接続すると共に、オフセット電圧Vofに検知用信号発信器50からの検知用信号S_sigを重畳して入力して構成されている。この構成により、オペアンプ110の正入力端子には、Vofを中心として電圧が周期的に変化する検知用信号S_sigが重畳される。検知用信号S_sigとしては、矩形波、正弦波等を用いることができる。
そして、反転アンプ25においては、第1中継回路21を介してリチウムイオン電池71の正側出力部PLに検知用信号S_sigが重畳され、反転アンプ35においては、第2中継回路31を介してリチウムイオン電池71の負側出力部MLに検知用信号S_sigが重畳される。
さらに、地絡検知装置10は、反転アンプ25の出力電圧Vp1と反転アンプ35の出力電圧Vm1とを加算して、地絡箇所を検知するための地絡箇所検知信号Sp_sを出力する地絡箇所検知回路51、反転アンプ25の出力電圧Vp1と反転アンプ35の出力電圧Vm1との差を求めて、リチウムイオン電池71の出力電圧を検出するための第1電源電圧検出信号Vd1_sを出力する第1電源電圧検出回路52、反転アンプ41の出力電圧Vp2と反転アンプ43の出力電圧Vm2を加算して、地絡の有無を判断するための地絡検知信号St_sを出力する地絡信号検知回路53、反転アンプ41の出力電圧Vp2と反転アンプ43の出力電圧Vm2との差分を求めて、リチウムイオン電池71の出力電圧を検出するための第2電源電圧検出信号Vd2_sを出力する第2電源電圧検出回路54、及び、地絡検知装置10における各種処理を実行するコントローラ60とを備えている。
ここで、地絡信号検知回路53は、図3(a)に示したように、オペアンプ120の負入力端子と出力端子間に抵抗121とコンデンサ122を並列に接続して、バンドパスフィルタ(BPF:Bund Pass Filter)の機能を持たせると共に、オペアンプ120の負入力端子にコンデンサ123(カップリングコンデンサ)を介して抵抗124,125を接続し、反転アンプ41の出力電圧Vp2と反転アンプ43の出力電圧Vm2を加算する構成となっている。また、オペアンプ120の正入力端子にはオフセット電圧Vofが入力されている。
この構成により、リチウムイオン電池71の正側出力部PLに重畳した信号と負側出力部MLに重畳した信号が加算された成分のみがコンデンサ122を介してオペアンプ120に入力され、この成分のうちバンドパスフィルタの透過周波数帯域内の信号のみが、地絡検知信号St_sとしてオペアンプ120から出力される。
また、第1電源電圧検出回路52は、図3(b)に示したように、オペアンプ130の負入力端子と出力端子間を抵抗131を介して接続すると共に、反転アンプ25の出力電圧Vp1を抵抗132を介して負入力端子に入力する構成となっている。また、オペアンプ130の正入力端子を抵抗134を介して接地電位部に接続すると共に、反転アンプ35の出力電圧Vm1を抵抗133を介して正入力端子に入力する構成となっている。
この構成により、反転アンプ25の出力電圧Vp1と反転アンプ35の出力電圧Vm1の差分が、第1電源電圧検出信号Vd1_sとしてオペアンプ130から出力される。
また、地絡箇所検知回路51は、図4に示したように、オペアンプ140の負入力端子と出力端子間を抵抗141を介して接続すると共に、反転アンプ25の出力電圧Vp1を抵抗142を介して負入力端子に入力すると共に、反転アンプ35の出力電圧Vm1を抵抗143を介して負入力端子に入力した構成となっている。
さらに、地絡箇所検知回路51は、オペアンプ140の正入力端子にオフセット電圧Vofを加えた検知用信号S_sigを抵抗144を介して入力すると共に、オフセット電圧Vofを抵抗147を介して正入力端子に入力する構成となっている。
この構成により、地絡箇所検知回路51は、地絡箇所(正側出力部PL又は負側出力部ML)に応じて振幅が変化する地絡箇所検知信号Sp_sを出力する。
次に、コントローラ60は、図示しないCPU、メモリ等により構成され、メモリに保持された地絡検知装置10の制御用プログラムを実行することによって、検知用周波数決定部61、地絡参照電圧決定部62、地絡箇所特定部63、地絡検知部64、故障検知部65、及び電源電圧検出部66として機能する。
コントローラ60には、地絡箇所検知回路51からの地絡箇所検知信号Sp_s、第1電源電圧検出回路52からの第1電源電圧検出信号Vd1_s、地絡信号検知回路53からの地絡検知信号St_s、及び第2電源電圧検出回路54からの第2電源電圧検出信号Vd2_sが入力される。また、コントローラ60から検知用信号発信器50に出力される周波数指示信号f_cmdにより、検知用信号S_sigの周波数が変更される。
なお、第1電源電圧検出回路52と、電源電圧検出部66が第1電源電圧検出信号Vd1_sに基づいてリチウムイオン電池71の出力電圧を検出する構成とにより、本発明の第1電源電圧検出部が構成される。また、第2電源電圧検出回路54と、電源電圧検出部66が第2電源電圧検出信号Vd2_sに基づいてリチウムイオン電池71の出力電圧を検出する構成とにより、本発明の第2電源電圧検出部が構成される。
また、本実施形態では、図1に示したように、第1中継回路21を二つの単位中継回路21a,21bを直列接続して構成し、また、第2中継回路31を二つの単位中継回路31a,31bを直列して構成したが、図5(a)に示したように、3以上の単位中継回路150を直列接続して、第1中継回路21及び第2中継回路31を構成してもよい。
図5(a)に示した構成によれば、接続する単位中継回路150の個数を増やすことにより、各単位中継回路150にかかる電圧を下げることができる。そのため、単位中継回路150を耐圧が低く高容量のコンデンサを用いて構成しつつ、トータルとして第1中継回路21及び第2中継回路31の容量を増やすことができる。さらに、図5(b)に示したように、単位中継回路151を、複数のコンデンサ(図5(b)では2個)と直列接続して抵抗と並列接続した構成としてもよい。
次に、図6〜図7に示したフローチャートに従って、コントローラ60による非接地回路70の地絡検知処理について説明する。
図6のSTEP1〜STEP7は、電動車両1の電源がONして、コンタクタ72(図1参照)がON(導通状態)されたときに実行されるキャリブレーション処理である。
STEP1は、故障検知部65による処理である。故障検知部65は、電源電圧検出部66によって、第1電源電圧検出信号Vd1_sから認識されるリチウムイオン電池71の出力電圧Vd1と、第2電源電圧検出信号Vd2_sから認識されるリチウムイオン電池71の出力電圧Vd2との差が、所定の異常検出閾値Er_th以上(Er_th≦|Vd1−Vd2|)であるか否かを判断する。
そして、地絡検知装置10の異常が生じていなければほぼ同じになるはずであるVd1とVd2との差が、異常検出閾値Er_th以上になったときに、STEP20に分岐し、故障検知部65は、図示しない表示器に異常表示をすると共に、図示しないスピーカから異常報知音声を出力して処理を終了する。
一方、Vd1とVd2との差が異常検出閾値Er_thよりも少なかったときは、STEP2に進む。STEP2は検知用周波数決定部61による処理である。検知用周波数決定部61は、地絡信号検知回路53のバンドパスフィルタの(図3(a)参照)の通過周波数帯域(本発明の所定周波数帯域に相当する)の設計値f1〜f2の範囲で、検知用信号S_sigの周波数を掃引し、地絡信号検知回路53から出力される地絡検知信号St_sが最大となる周波数を探索する。
そして、検知用周波数決定部61は、地絡検知信号St_sが最大となる周波数を検知用周波数f_ckに決定する。このように、検知用信号S_sigの周波数を掃引して検知用周波数f_ckを決定することにより、地絡信号検知回路53のバンドパスフィルタの通過周波数帯域の中間の周波数を検知用周波数f_ckに決定することができるため、バンドパスフィルタによる検知用信号S_sig以外の信号除去の効果を高めることができる。
続くSTEP2〜STEP3は、地絡参照電圧決定部62による処理である。地絡参照電圧決定部62は、STEP2で、周波数指示信号f_cmdにより、検知用信号発信器50から反転アンプ25にのみ検知用信号が出力され、反転アンプ35には直流電圧(例えばオフセット電圧Vof等)が出力される状態とする。
この状態では、リチウムイオン電池71の正側出力部PLにのみ検知用信号S_sigが重畳され、負側出力部MLには検知用信号が重畳されない。そのため、地絡信号検知回路53から出力される地絡検知信号St_sの振幅が、リチウムイオン電池71の正側出力部PLと負側出力部MLの双方に検知用信号S_sigが重畳されている場合の半分になる。
そこで、地絡参照電圧決定部62はSTEP3で、この状態で地絡信号検知回路53から出力される地絡検知信号St_sの振幅を、地絡参照電圧Vaとして取得する。これにより、リチウムイオン電池71の正側出力部PLと地絡電位間に接続されたYコンデンサ75(図1参照)、及びリチウムイオン電池71の負側出力部MLと地絡電位間に接続されたYコンデンサ74参照)に流れ込む電流による影響を含めて、地絡参照電圧Vaを取得することができる。
なお、リチウムイオン電池71の負側出力部MLにのみ検知用信号S_sigが重畳され、正側出力部PLには検知用信号S_sigが重畳されない状態として、地絡参照電圧Vaを取得するようにしてもよい。
次のSTEP4〜STEP6は、地絡検知部64による処理である。地絡検知部64は、STEP4で、周波数指示信号f_cmdにより、検知用信号発信器50から、反転アンプ25,35の双方に検知用周波数f_ckの検知用信号S_sigを入力する。なお、地絡信号検知回路53と地絡検知部64とにより、本発明の地絡検知部が構成されている。
続くSTEP5で、地絡検知部64は、地絡信号検知回路53から出力される地絡検知信号St_sを、測定電圧Vbとして取得する。そして、次のSTEP6で、地絡検知部64は、測定電圧Vbと地絡参照電圧Vaを比較し、測定電圧Vbの振幅(正側出力部PLの電圧の変動幅と負側出力部MLの変動幅に応じたものとなる)が、地絡参照電圧Vaに対してある一定の比率以下であるときに、地絡有りと判断する。
地絡検知部64は、地絡有りと判断したときは、次のSTEP7でSTEP30に分岐し、地絡検知部64は、地絡報知(表示器への地絡発生表示、スピーカからの地絡発生音声の出力等)を行い、処理を終了する。一方、地絡無しと判断したときにはSTEP7から図7のSTEP8に進む。コントローラ60は、電動車両1の電源がONしているときに、STEP8〜STEP12の通常の短絡検知の処理を繰り返し実行する。
STEP8は、故障検知部65による処理である。故障検知部65は、図6のSTEP1と同様に、電源電圧検出部66によって、第1電源電圧検出信号Vd1_sから認識されるリチウムイオン電池71の出力電圧Vd1と、第2電源電圧検出信号Vd2_sから認識されるリチウムイオン電池71の出力電圧Vd2との差が、異常検出閾値Er_th以上(Er_th≦|Vd1−Vd2|)であるか否かを判断する。
そして、Vd1とVd2との差が異常検出閾値Er_th以上になったときに、STEP40に分岐し、故障検知部65は、表示器に異常表示をすると共に、スピーカから異常報知音を出力して処理を終了する。
続くSTEP9〜STEP12及びSTEP12から分岐するSTEP50は、地絡検知部64による処理である。STEP9で、周波数指示信号f_cmdにより、検知用信号発信器50から、反転アンプ25,35の双方に検知用周波数f_ckの検知用信号S_sigを入力する。STEP10で、地絡検知部64は、地絡信号検知回路53から出力される地絡検知信号St_sを、測定電圧Vbとして取得する。そして、次のSTEP11で、地絡検知部64は、測定電圧Vbと地絡参照電圧Vaを比較(振幅どうしの比較)し、測定電圧Vbが地絡参照電圧Vaに対してある一定の比率以下であるときに、地絡有りと判断する。
地絡検知部64は、地絡有りと判断したときは、次のSTEP12でSTEP50に分岐し、地絡報知(表示器への地絡発生表示、スピーカからの地絡発生音声の出力等)を行い、処理を終了する。一方、地絡無しと判断したときにはSTEP8に戻り、地絡検知部64は、STEP8以降の処理を再び実行する。
なお、本実施形態の地絡検知装置10は、図1に示したように、電動車両1の電源がOFFされているときは、非接地回路70のコンタクタ72によりリチウムイオン電池71から遮断されている。そのため、電動車両1の電源がOFFされているときに、リチウムイオン電池71から地絡検知装置10に電流が流れることはない。
それに対して、図8に示したように、地絡検知装置10がコンタクタ72を介さずに、リチウムイオン電池71に直接接続されているときには、電動車両1の電源がOFFされているときにも、リチウムイオン電池71から地絡検知装置10にリーク電流が流れる状態となる。そこで、このようなリーク電流を避けるために、スイッチ160(1箇所で切断する場合)、又はスイッチ161a,161b(2箇所で切断する場合)を設けて、リチウムイオン電池71と地絡検知装置10との間の通電経路を遮断することが好ましい。
図8の変形態様として、スイッチ160に代えてリチウムイオン電池71の負側出力部MLと地絡検知装置10の接続経路にスイッチ162を設けてもよく、スイッチ160,162を共に設けてもよい。また、スイッチ161a,161bに代えて、負側の接続経路にスイッチ163a,163bを設けてもよく、スイッチ161a,161bとスイッチ163a,163bを共に設けてもよい。
スイッチ160,161a,161b,162,163a,163bとしては、リレー、MOSFET、フォトモススイッチ等を使用することができる。
なお、本実施形態では、第2電源電圧検出回路54を設けて、故障検知部65により地絡検知装置10の故障を検知する構成を備えたが、この構成を備えない場合であっても本発明の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、地絡箇所検知回路51を設けて、地絡箇所特定部63により、地絡箇所を特定する構成を備えたが、この構成を備えない場合であっても本発明の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、地絡参照電圧決定部62により、地絡を検知するための地絡参照電圧を決定する構成を備えたが、この構成を備えない場合であっても本発明の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、地絡信号検知回路53にバンドパスフィルタを備えたが、バンドパスフィルタを備えない場合であっても本発明の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、検知用周波数決定部61により、検知用信号の周波数を掃引してバンドパスのフィルタの通過周波数帯域の中間部で、地絡信号検知回路53の出力が最大となる周波数を検知用周波数に決定する処理を行ったが、この処理を行わずにバンドパスフィルタの設計値により検知用周波数を決定してもよい。
また、本実施形態では、電動車両1に搭載された非接地回路70の地絡を検知する地絡検知装置10を示したが、電動車両以外の車両、或いは車両以外の筐体に搭載された非接地回路の地絡を検知する地絡検知装置に対しても、本発明の適用が可能である。
1…電動車両、10…地絡検知装置、21…第1中継回路、21a,21b…単位中継回路、31…第2中継回路、31a,31b…単位中継回路、25,35,41,43…反転アンプ、50…検知用信号発信器、51…地絡箇所検知回路、52…第1電源電圧検出回路、53…地絡信号検知回路、54…第2電源電圧検出回路、60…コントローラ、61…検知用周波数決定部、62…地絡参照電圧決定部、63…地絡箇所特定部、64…地絡検知部、65…故障検知部、66…電源電圧検出部66、70…非接地回路、71…直流電源。
Claims (8)
- 直流電源を有し、車体の接地電位部から電気的に絶縁して車両に配置された非接地回路の地絡を検知する非接地回路の地絡検知装置であって、
所定の検知用周波数で出力電圧が変化する検知用信号を出力する検知用信号発信器と、
コンデンサと抵抗を並列接続した第1中継回路を介して前記直流電源の正側出力部と接続され、該第1中継回路を介して前記検知用信号を該正側出力部に重畳すると共に、該第1中継回路を介して入力される電圧に基づいて、正側出力部の電圧に応じた電圧を出力する第1増幅器と、
コンデンサと抵抗を並列接続した第2中継回路を介して前記直流電源の負側出力部と接続され、該第2中継回路を介して前記検知用信号を該負側出力部に重畳すると共に、該第2中継回路を介して入力される電圧に基づいて、負側出力部の電圧に応じた電圧を出力する第2増幅器と、
前記第1増幅器及び前記第2増幅器により、前記直流電源の正側出力部及び負側出力部に前記検知用信号が重畳されているときに、該正側出力部の電圧と該負側出力部の電圧の変動幅に基づいて前記非接地回路の地絡を検知する地絡検知部と、
前記第1増幅器と前記第2増幅器の出力電圧の差に基づいて、前記直流電源の出力電圧を検出する第1電源電圧検出部と
を備えたことを特徴とする非接地回路の地絡検知装置。 - 請求項1に記載の非接地回路の地絡検知装置において、
前記第1中継回路と前記第2中継回路は、コンデンサと抵抗を並列接続した単位中継回路を、複数個直列に接続して構成されていることを特徴とする非接地回路の地絡検知装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の非接地回路の地絡検知装置において、
前記直流電源の正側出力部の電圧と負側出力部の電圧との差に基づいて、前記直流電源の出力電圧を検出する第2電源電圧検出部と、
前記第1電源電圧検出部により検出された前記直流電源の出力電圧と、前記第2電源電圧検出部により検出された前記直流電源の出力電圧とを比較することによって、前記地絡検知装置の故障を検知する故障検知部と
を備えたことを特徴とする非接地回路の地絡検知装置。 - 請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載の非接地回路の地絡検知装置において、
前記第1増幅器及び前記第2増幅器の出力電圧に基づいて、前記非接地回路の地絡箇所を特定する地絡箇所特定部を備えたことを特徴とする非接地回路の地絡検知装置。 - 請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の非接地回路の地絡検知装置において、
前記第1増幅器から前記直流電源の正側出力部に前記検知用信号を重畳して、前記第2増幅器から前記直流電源の負側出力部に直流電圧を重畳した状態、又は、前記第2増幅器から前記直流電源の負側出力部への前記検知用信号を重畳して、前記第1増幅器から前記直流電源の正側出力部に直流電圧を重畳する状態として、前記直流電源の正側出力部及び負側出力部の電圧の変動幅を測定し、該変動幅に基づいて地絡参照電圧を決定する地絡参照電圧決定部を備え、
前記地絡検知部は、前記第1増幅器及び前記第2増幅器により、前記直流電源の正側出力部及び負側出力部に前記検知用信号が重畳されているときに、該正側出力部の電圧変動幅と該負側出力部の電圧変動幅に応じた測定電圧と前記地絡参照電圧とを比較して、前記非接地回路の地絡の有無を検知することを特徴とする非接地回路の地絡検知装置。 - 請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載の非接地回路の地絡検知装置において、
前記直流電源の出力電圧に重畳している信号のうち、前記検知用周波数を含む所定周波数帯域内の周波数を有する信号のみを通過させて、前記地絡検知部に入力するバンドパスフィルタを備え、
前記地絡検知部は、前記バンドパスフィルタの出力電圧から前記直流電源の正側出力部及び負側出力部の変動幅を測定することを特徴とする非接地回路の地絡検知装置。 - 請求項6に記載の非接地回路の地絡検知装置において、
前記検知用信号の周波数を変更しつつ、前記バンドパスフィルタから前記地絡検知部に入力される電圧の振幅を測定することによって、前記バンドパスフィルタから前記地絡検知部に出力される電圧の振幅が前記所定周波数帯域の中間部で最大となる周波数を、前記検知用周波数として決定する検知用周波数決定部を備えたことを特徴とする非接地回路の地絡検知装置。 - 請求項1から請求項7のいずれかに記載された非接地回路の地絡検知装置を備えたことを特徴とする車両。
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