JP5713030B2 - 電動車両および電動車両の絶縁状態判定方法 - Google Patents

電動車両および電動車両の絶縁状態判定方法 Download PDF

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Description

この発明は、電動車両および電動車両の絶縁状態判定方法に関し、特に、駆動力を発生する電気システムの絶縁状態を判定する技術に関する。
特開2008−167617号公報(特許文献1)は、駆動力を発生する駆動装置の絶縁抵抗の低下を検出する検出器を搭載した車両を開示する。この車両においては、車両の停止中に検出器の検出結果に基づいて絶縁低下部位が特定される。そして、その絶縁低下部位に応じて、複数の回転電機のうち次回走行時に動作を許可する回転電機が決定される(特許文献1参照)。
特開2008−167617号公報 特開2011−62003号公報 特開2011−155743号公報 特開2008−29165号公報
特開2008−167617号公報では、絶縁低下部位を特定する際にシステムメインリレーが制御されるが、システムメインリレーをどのように制御するかについての具体的な記載はない。たとえば、システムメインリレーをオン状態からオフ状態に制御するだけでは、絶縁低下部位を誤判定する可能性がある。
また、絶縁低下部位を特定するために正極側のシステムメインリレーと負極側のシステムメインリレーとを同時にオンさせると、突入電流を防止するためのプリチャージ処理や、システムメインリレーを再度オフさせる際のディスチャージ処理を実施する必要がある。さらに、システムメインリレーの溶着チェックも必要になり得るので、全体の処理時間が長くなる。
この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、絶縁異常の判定精度の向上と処理時間の短縮とを両立する電動車両を提供することである。
また、この発明の別の目的は、絶縁異常の判定精度の向上と処理時間の短縮とを両立する電動車両の絶縁状態判定方法を提供することである。
この発明によれば、電動車両は、駆動力を発生する電気システムと、電気システムの絶縁異常を検出するための検出器と、制御装置とを備える。電気システムは、蓄電装置と、駆動装置と、第1および第2のリレーとを含む。駆動装置は、蓄電装置の電力を用いて駆動力を発生する。第1のリレーは、蓄電装置の正極と駆動装置との間に設けられる。第2のリレーは、蓄電装置の負極と駆動装置との間に設けられる。検出器は、蓄電装置に電気的に接続される。制御装置は、第1および第2のリレーが開放されるときの検出器の検出結果と、その後第1および第2のリレーのいずれかが閉成されるときの検出器の検出結果とに基づいて、電気システムの絶縁状態を判定する。
好ましくは、制御装置は、第1および第2のリレーが開放されるときの検出器の検出結果と、その後第1のリレーが閉成されるときの検出器の検出結果とに基づいて、電気システムの絶縁状態を判定する。
好ましくは、第1および第2のリレーが開放されることによって検出器の検出結果が異常から正常に変化し、かつ、その後第1および第2のリレーのいずれかが閉成されても検出器の検出結果が正常を示すとき、制御装置は、電気システムの絶縁状態は不定であると判定する。
好ましくは、第1および第2のリレーが開放されることによって検出器の検出結果が異常から正常に変化し、かつ、その後第1および第2のリレーのいずれかが閉成されることによって検出器の検出結果が異常を示すとき、制御装置は、駆動装置の絶縁抵抗が低下しているものと判定する。
好ましくは、第1および第2のリレーの開放時に検出器の検出結果が異常を示すとき、制御装置は、蓄電装置の絶縁抵抗が低下しているものと判定する。
好ましくは、検出器は、抵抗素子と、交流電源と、容量素子と、電圧検出部とを含む。交流電源は、抵抗素子と車両アースとの間に電気的に接続され、所定の周波数を有する交流電圧を発生する。容量素子は、抵抗素子と蓄電装置との間に電気的に接続される。電圧検出部は、抵抗素子と容量素子との間の電力線における、所定の周波数を有する電圧成分を検出する。
また、この発明によれば、絶縁状態判定方法は、電動車両の絶縁状態判定方法である。電動車両は、駆動力を発生する電気システムと、電気システムの絶縁異常を検出するための検出器とを含む。電気システムは、蓄電装置と、駆動装置と、第1および第2のリレーとを含む。駆動装置は、蓄電装置の電力を用いて駆動力を発生する。第1のリレーは、蓄電装置の正極と駆動装置との間に設けられる。第2のリレーは、蓄電装置の負極と駆動装置との間に設けられる。検出器は、蓄電装置に電気的に接続される。そして、絶縁状態判定方法は、第1および第2のリレーを開放するステップと、第1および第2のリレーの開放後に第1および第2のリレーのいずれかを閉成するステップと、第1および第2のリレーが開放されるときの検出器の検出結果と、第1および第2のリレーのいずれかが閉成されるときの検出器の検出結果とに基づいて、電気システムの絶縁状態を判定するステップとを含む。
好ましくは、判定するステップは、第1および第2のリレーが開放されるときの検出器の検出結果と、第1のリレーが閉成されるときの検出器の検出結果とに基づいて、電気システムの絶縁状態を判定するステップを含む。
この発明においては、第1および第2のリレーが開放されるときの検出器の検出結果だけでなく、その後第1および第2のリレーのいずれかが閉成されるときの検出器の検出結果も用いて電気システムの絶縁状態を判定するので、前者の検出結果だけを用いて絶縁状態を判定する場合に比べて判定精度が向上する。また、第1および第2のリレーの双方が閉成されるのではなく第1および第2のリレーのいずれかが閉成されるので、プリチャージ処理やディスチャージ処理、リレー溶着チェック等は不要である。したがって、この発明によれば、絶縁異常の判定精度の向上と処理時間の短縮とを両立することが可能となる。
この発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体構成図である。 図1に示す検出器の構成を示した図である。 図2に示す検出器による絶縁異常の検出方法を説明するための図である。 図1に示す制御装置の構成を機能的に示す機能ブロック図である。 検出器によって特定可能な絶縁低下部位を説明するための図である。 電気システムの構成図である。 制御装置により実行されるSMRチェックの処理手順を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
図1は、この発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド車両の全体構成図である。図1を参照して、ハイブリッド車両100は、蓄電装置B、システムメインリレー(以下「SMR(System Main Relay)」とも称する。)40、昇圧コンバータ12、インバータ14,22、モータジェネレータMG1,MG2、正極線PL1,PL2、負極線NL、および平滑コンデンサC1,C2を含む電気システムを備える。また、ハイブリッド車両100は、エンジン4と、動力分割装置3と、車輪2と、制御装置30と、検出器42と、電圧センサ10,13,21と、電流センサ11,24,25とをさらに備える。
ハイブリッド車両100は、モータジェネレータMG1,MG2およびエンジン4を駆動源として搭載する。動力分割装置3には、エンジン4、モータジェネレータMG1、および車輪2の駆動軸が連結される。エンジン4が発生する動力は、動力分割装置3によって2つの経路に分割される。すなわち、一方は車輪2の駆動軸へ伝達される経路であり、他方はモータジェネレータMG1へ伝達される経路である。
そして、モータジェネレータMG1は、エンジン4により駆動される発電機として主に動作し、かつ、エンジン4の始動用モータとして動作するものとしてハイブリッド車両100に組込まれる。モータジェネレータMG2は、車輪2の駆動軸に連結され、車輪2を駆動するモータとしてハイブリッド車両100に組込まれる。なお、モータジェネレータMG2と車輪2の駆動軸との間に減速機を組込んでもよい。
動力分割装置3は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車によって構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン4のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータMG1の回転軸に連結される。リングギヤは、車輪2の駆動軸(モータジェネレータMG2の回転軸)に連結される。
蓄電装置Bは、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等によって構成される。蓄電装置Bは、モータジェネレータMG1,MG2へ供給される電力を蓄える。また、蓄電装置Bは、モータジェネレータMG1,MG2の発電時に昇圧コンバータ12から正極線PL1へ出力される直流電力を受けて充電される。
SMR40は、蓄電装置Bと昇圧コンバータ12との間に設けられる。SMR40は、リレーSMRB,SMRP,SMRGと、抵抗Rとを含む。リレーSMRBは、蓄電装置Bの正極と正極線PL1との間に接続される。リレーSMRGは、蓄電装置Bの負極と負極線NLとの間に接続される。リレーSMRPおよび抵抗Rは、直列に接続され、リレーSMRGに並列に接続される。リレーSMRB,SMRP,SMRGは、それぞれ制御装置30からの信号SEB,SEP,SEGに応答してオン/オフされる。
なお、リレーSMRPおよび抵抗Rは、蓄電装置Bから平滑コンデンサC1,C2へ突入電流が流れるのを防止するためのプリチャージ回路を形成する。すなわち、リレーSMRB,SMRGがオンされる前にリレーSMRB,SMRPがオンされ、抵抗Rにより電流を制限しながら平滑コンデンサC1,C2が予め充電される。これにより、リレーSMRB,SMRGがオンされるときに突入電流が流れるのを防止する。
昇圧コンバータ12は、蓄電装置Bとインバータ14,22との間に設けられる。昇圧コンバータ12は、リアクトルLと、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」とも称する。)Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。スイッチング素子Q1,Q2は、正極線PL2と負極線NLとの間に直列に接続される。ダイオードD1,D2は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2に逆並列に接続される。リアクトルLの一端は、正極線PL1に接続され、他端は、スイッチング素子Q1,Q2の接続ノードに接続される。
なお、スイッチング素子Q1,Q2およびインバータ14,22に用いられる後述のスイッチング素子Q3〜Q8には、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラトランジスタ、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、GTO(Gate Turn Off thyristor)等を用いることができる。
昇圧コンバータ12は、制御装置30からの信号PWCに応答してスイッチング素子Q1,Q2をオン/オフさせることによって、正極線PL2の電圧を蓄電装置Bの出力電圧以上に昇圧する。具体的には、昇圧コンバータ12は、スイッチング素子Q2のオン時に流れる電流をリアクトルLに磁場エネルギーとして蓄積し、スイッチング素子Q2のオフ時にダイオードD1を介して蓄積エネルギーを正極線PL2へ放出することによって正極線PL2の電圧を昇圧する。
インバータ14,22は、それぞれモータジェネレータMG1,MG2に対応して設けられる。インバータ14は、U相アーム15と、V相アーム16と、W相アーム17とを含む。U相アーム15、V相アーム16およびW相アーム17は、正極線PL2と負極線NLとの間に並列に接続される。
U相アーム15は、スイッチング素子Q3,Q4と、ダイオードD3,D4を含む。スイッチング素子Q3,Q4は、正極線PL2と負極線NLとの間に直列に接続される。ダイオードD3,D4は、それぞれスイッチング素子Q3,Q4に逆並列に接続される。スイッチング素子Q3,Q4の接続ノードにモータジェネレータMG1のU相コイルが接続される。
V相アーム16は、スイッチング素子Q5,Q6と、ダイオードD5,D6を含む。スイッチング素子Q5,Q6は、正極線PL2と負極線NLとの間に直列に接続される。ダイオードD5,D6は、それぞれスイッチング素子Q5,Q6に逆並列に接続される。スイッチング素子Q5,Q6の接続ノードにモータジェネレータMG1のV相コイルが接続される。
W相アーム17は、スイッチング素子Q7,Q8と、ダイオードD7,D8を含む。スイッチング素子Q7,Q8は、正極線PL2と負極線NLとの間に直列に接続される。ダイオードD7,D8は、それぞれスイッチング素子Q7,Q8に逆並列に接続される。スイッチング素子Q7,Q8の接続ノードにモータジェネレータMG1のW相コイルが接続される。
インバータ22も、インバータ14と同様に、正極線PL2および負極線NLに接続され、図示されないU相アーム、V相アームおよびW相アームを含む。インバータ22のU相アーム、V相アームおよびW相アームは、それぞれモータジェネレータMG2のU相コイル、V相コイルおよびW相コイルに接続される。
インバータ14は、制御装置30からの信号PWMI1に基づいて、エンジン4の出力を用いてモータジェネレータMG1が発電した交流電力を直流電力に変換し、その変換した直流電力を正極線PL2へ出力する。インバータ22は、制御装置30からの信号PWMI2に基づいて、正極線PL2から受ける直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力をモータジェネレータMG2へ出力する。
モータジェネレータMG1,MG2の各々は、交流電動機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された永久磁石型交流同期モータによって構成される。モータジェネレータMG1は、動力分割装置3を介して受けるエンジン4の動力を用いて交流電力を発生し、その発生した交流電力をインバータ14へ出力する。モータジェネレータMG2は、インバータ22から受ける交流電力によって、車輪2を駆動するためのトルクを発生する。
平滑コンデンサC1は、正極線PL1と負極線NLとの間に電気的に接続され、正極線PL1と負極線NLとの間の電圧変動の交流成分を平滑化する。平滑コンデンサC2は、正極線PL2と負極線NLとの間に電気的に接続され、正極線PL2と負極線NLとの間の電圧変動の交流成分を平滑化する。
検出器42は、電気システム(蓄電装置B、SMR40、昇圧コンバータ12、インバータ14,22、およびモータジェネレータMG1,MG2を含む。)の絶縁異常を検出するための機器である。検出器42は、蓄電装置Bの負極(SMR40よりも蓄電装置B側)に電気的に接続される。そして、検出器42は、後述のように、所定の周波数を有する交流電圧を電気システムに印加し、電気システムの絶縁低下に応じて低下する電圧値Vkを生成して制御装置30へ出力する。なお、検出器42の構成については、後ほど説明する。
電圧センサ10は、蓄電装置Bの電圧VBを検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。電流センサ11は、蓄電装置Bに対して入出力される電流IBを検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。電圧センサ21は、平滑コンデンサC1の端子間電圧、すなわち正極線PL1と負極線NLとの間の電圧VLを検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。電圧センサ13は、平滑コンデンサC2の端子間電圧、すなわち正極線PL2と負極線NLとの間の電圧VHを検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。電流センサ24は、モータジェネレータMG1に流れる電流MCRT1を検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。電流センサ25は、モータジェネレータMG2に流れる電流MCRT2を検出し、その検出値を制御装置30へ出力する。
制御装置30は、予め記憶されたプログラムをCPU(Central Processing Unit)で実行するソフトウェア処理および/または電子回路によるハードウェア処理により、SMR40、昇圧コンバータ12、インバータ14,22、およびエンジン4を制御する。
また、制御装置30は、検出器42から電圧値Vkを受ける。そして、制御装置30は、SMR40がオン状態からオフ状態にされるとき(たとえば車両システムの停止時)の電圧値Vkと、続いて正極側のリレーSMRBのみがオンされるときの電圧値Vkとに基づいて、電気システムの絶縁状態(絶縁抵抗の低下の有無)を判定する。なお、制御装置30の構成(機能的構成)については、後ほど詳しく説明する。
図2は、図1に示した検出器42の構成を示した図である。図2を参照して、検出器42は、交流電源61と、抵抗素子62と、コンデンサ63と、バンドパスフィルタ64と、ピークホールド回路65とを含む。
交流電源61および抵抗素子62は、ノードNDと車両アースGND(車両のシャーシ)との間に直列に接続される。コンデンサ63は、ノードNDと蓄電装置Bの負極との間に接続される。なお、図1においてSMR40より昇圧コンバータ12側の回路全体を、図2では駆動装置70として示す。
交流電源61は、低周波数の交流電圧、たとえば2.5Hz,0〜5Vの交流電圧を出力する。バンドパスフィルタ64は、ノードNDに接続され、交流電源61が出力する交流電圧の周波数成分(たとえば2.5Hz)を抽出してピークホールド回路65へ出力する。ピークホールド回路65は、バンドパスフィルタ64から受ける交流電圧のピークを保持し、その保持した電圧値Vkを制御装置30へ出力する。この電圧値Vkは、検出器42が接続される電気システムに絶縁異常(絶縁抵抗の低下)が発生すると低下する。
図3は、図2に示した検出器42による絶縁異常の検出方法を説明するための図である。図3とともに図2を参照して、交流電圧VN1は、バンドパスフィルタ64から出力される交流電圧である。波形WV1は、蓄電装置Bおよび駆動装置70において絶縁異常(絶縁抵抗の低下)が発生していないときの交流電圧VN1の波形である。波形WV2は、蓄電装置Bおよび駆動装置70の少なくとも一方において絶縁異常が発生しているときの交流電圧VN1の波形である。
ピークホールド回路65は、交流電圧VN1が波形WV1であるとき、ピーク間の電圧値Vk1を電圧値Vkとして制御装置30へ出力する。また、ピークホールド回路65は、交流電圧VN1が波形WV2であるとき、ピーク間の電圧値Vk2(<Vk1)を電圧値Vkとして制御装置30へ出力する。電圧値Vk1と電圧値Vk2とを区別可能な適当なしきい値を設けることにより、電圧値Vkに基づいて電気システムの絶縁異常を検出することができる。
図4は、図1に示した制御装置30の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図4とともに図1を参照して、制御装置30は、コンバータ制御部32と、インバータ制御部34と、リレー制御部36と、絶縁低下判定部38とを含む。
コンバータ制御部32は、電圧センサ13によって検出される電圧VHが所定の目標値となるように、昇圧コンバータ12を駆動するための信号PWCを生成する。なお、電圧VHの目標値は、たとえばモータジェネレータMG1,MG2のトルク指令値TR1,TR2に基づいて決定される。また、コンバータ制御部32は、絶縁低下判定部38からの指令に従って、昇圧コンバータ12のスイッチング素子Q1,Q2をオン/オフさせるための信号PWCを生成する。
インバータ制御部34は、モータジェネレータMG1のトルク指令値TR1とモータ回転数MRN1とに基づいて、インバータ14を駆動するための信号PWMI1を生成する。同様に、インバータ制御部34は、モータジェネレータMG2のトルク指令値TR2とモータ回転数MRN2とに基づいて、インバータ22を駆動するための信号PWMI2を生成する。また、インバータ制御部34は、絶縁低下判定部38からの指令に従って、インバータ14,22のスイッチング素子をオン/オフさせるための信号PWMI1,PWMI2を生成する。
リレー制御部36は、車両システムの起動時や停止時(たとえば、イグニッションスイッチやスタートスイッチのオン操作時やオフ操作時)にSMR40のリレーSMRB,SMRP,SMRGが所定のオン/オフ動作を行なうように、リレーSMRB,SMRP,SMRGをそれぞれ駆動するための信号SEB,SEP,SEGを生成する。また、リレー制御部36は、絶縁低下判定部38からの指令に従って、正極側のリレーSMRBをオン/オフさせるための信号SEBを生成する。
絶縁低下判定部38は、検出器42から受ける電圧値Vkに基づいて、電気システムの絶縁状態を判定する。絶縁低下判定部38は、さらに、電気システムにおいて絶縁低下が生じた部位(領域)を特定する。
図5は、検出器42によって特定可能な絶縁低下部位を説明するための図である。図5を参照して、ハイブリッド車両100の電気システムは、領域AR1〜AR4に分割される。領域AR1は、蓄電装置Bを含む領域である。領域AR2は、昇圧コンバータ12とインバータ14,22とを含む領域である。領域AR3,AR4は、それぞれモータジェネレータMG1,MG2を含む領域である。なお、SMR40は、領域AR1と領域AR2との境界上に位置する。
なお、以下では、領域AR1〜AR4をそれぞれ「電池エリアAR1」、「直流エリアAR2」、「MG1エリアAR3」、および「MG2エリアAR4」とも称する。
再び図4を参照して、絶縁低下判定部38は、SMR40をオン/オフさせたときの電圧値Vkに基づいて、電池エリアAR1に絶縁異常(絶縁低下)が発生しているか否かを判定する(以下、この判定処理を「SMRチェック」とも称する。)。このSMRチェックは、SMR40のオン中(たとえば走行中)に電圧値Vkの低下によって電気システムの絶縁異常が検知された場合に、たとえば車両システムの停止時に実施される。
具体的には、絶縁低下判定部38は、車両システムの停止に伴ないSMR40がオフされても電圧値Vkが異常範囲(低下)のままであれば、電池エリアAR1の絶縁異常が発生しているものと判定する。一方、SMR40のオフとともに電圧値Vkが正常範囲に復帰(上昇)した場合、電池エリアAR1外の領域で絶縁異常が発生していると直ちに判定することはできない。
すなわち、実際は電池エリアAR1において絶縁異常が発生していたにも拘わらず、SMR40をオフしたタイミングあるいはその直後に電池エリアAR1の絶縁状態が正常範囲に復帰したような場合、電池エリアAR1以外の領域(領域AR2〜AR4の少なくとも1領域)で絶縁異常が発生しているものと誤判定してしまう。このような誤判定は、昇圧コンバータ12やインバータ14,22、あるいはモータジェネレータMG1,MG2を誤って交換し得ることにもなり、できる限り回避されなければならない。
そこで、この実施の形態では、上記のような誤判定を回避するために、車両システムの停止に伴ないSMR40がオフされた後、再びSMR40をオンさせて電圧値Vkの変化を確認する。そして、SMR40のオンとともに電圧値Vkが低下すれば、電池エリアAR1以外の領域で絶縁異常が発生していると判定される。
ここで、SMR40を正極側および負極側ともにオンさせると、蓄電装置Bから平滑コンデンサC1,C2への突入電流を防止するためにプリチャージ処理が必要になる。また、平滑コンデンサC1,C2に充電された電荷を放電させるためのディスチャージ処理やSMR40の溶着チェックも必要になり、SMRチェックの処理時間が長くなる。そこで、この実施の形態では、SMR40を正極側および負極側ともにオンさせるのではなく、正極側のリレーSMRBおよび負極側のリレーSMRG(またはリレーSMRP)のいずれか一方のみをオンさせる。この実施の形態では、リレーSMRBのみがオンされる。
図6に示されるように、正極側のリレーSMRBのみがオンされ、負極側のリレーSMRG,SMRPはオフされているので、蓄電装置Bに蓄えられた電力が平滑コンデンサC1,C2へ流れることはない。したがって、プリチャージ処理やディスチャージ処理、SMR溶着チェック等を実施する必要はない。一方、リレーSMRBをオンにすることによって、リレーSMRBを介して検出器42の出力を昇圧コンバータ12、インバータ14,22およびモータジェネレータMG1,MG2に与えることができ、電池エリアAR1以外の領域で絶縁異常が生じているか否かを判定することが可能である。
なお、SMR40のリレーSMRB,SMRG(SMRP)のうち正極側のリレーSMRBをオンさせることとしたのは、負極側のリレーSMRG(SMRP)をオンさせる場合よりもリレーSMRBをオンさせる場合の方が、検出器42の出力が早期に安定するからである。すなわち、リレーSMRB,SMRG(SMRP)のいずれかのみをオンさせると、蓄電装置Bから正極線PL1および負極線NLへ電力が流れることはないけれども、接地電圧に対する蓄電装置Bの電圧レベルは変化する(極間電圧は変化しない)。これにより、検出器42のコンデンサ63(図2)の電荷状態が変化し、検出器42の出力が一時的に変動する。この変動が収束するまでの時間が、正極のリレーSMRBをオンさせる場合の方が短いので、この実施の形態では、正極のリレーSMRBをオンさせることとしている。但し、負極側のリレーSMRG(SMRP)のみをオンさせる場合もプリチャージ処理等は不要であるので、SMR40の両極のリレーをオンさせる場合に比べればSMRチェックの処理時間を大幅に短縮できる。
なお、上記のSMRチェックでは、車両システムの停止に伴ないSMR40がオフされた後、再びリレーSMRBをオンさせて検出器42の検出値(電圧値Vk)の変化が確認される。したがって、車両システムの停止後も、SMRチェックが実施可能なように、制御装置30や検出器42、SMR40等に対しては動作電力が供給される。
再び図4を参照して、絶縁低下判定部38は、検出器42からの電圧値Vkに基づいて、直流エリアAR2、MG1エリアAR3またはMG2エリアAR4に絶縁異常(絶縁低下)が発生しているか否かを判定する。この判定処理は、SMR40のオン中(たとえば車両システムの起動直後や停止直前)に実施される。なお、上記のSMRチェックにおいてリレーSMRBがオンしているときに実施することも可能である。
たとえば、絶縁低下判定部38は、インバータ14,22のスイッチング素子が全てオフされた状態で、昇圧コンバータ12のスイッチング素子をオン/オフさせたときの電圧値Vkの低下の有無に基づいて、直流エリアAR2に絶縁異常が発生しているか否かを判定する。また、絶縁低下判定部38は、インバータ14のスイッチング素子をオン/オフさせたときの電圧値Vkの低下の有無に基づいて、MG1エリアAR3に絶縁異常が発生しているか否かを判定する。また、絶縁低下判定部38は、インバータ22のスイッチング素子をオン/オフさせたときの電圧値Vkの低下の有無に基づいて、MG2エリアAR4に絶縁異常が発生しているか否かを判定する。絶縁低下判定部38は、上記の処理に伴なう昇圧コンバータ12の動作指令をコンバータ制御部32へ出力し、上記の処理に伴なうインバータ14,22の動作指令をインバータ制御部34へ出力する。
図7は、制御装置30により実行されるSMRチェックの処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、フローチャート中の各ステップについては、制御装置30に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出され、所定周期または所定の条件が成立する毎に実行されることによって実現される。あるいは、全部または一部のステップについて、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。
図7とともに図1を参照して、制御装置30は、検出器42からの電圧値Vkに基づいて、電気システムの絶縁異常(絶縁低下)が検出されたか否かを判定する(ステップS10)。たとえば、電圧値Vkに対して適当なしきい値が設けられ、電圧値Vkがしきい値を下回ると絶縁異常が検出される。絶縁異常が検出されていないときは(ステップS10においてNO)、制御装置30は、以降の一連の処理を実行することなくステップS130へ処理を移行する。
ステップS10において電気システムの絶縁異常が検出されたと判定されると(ステップS10においてYES)、制御装置30は、SMR40がオン状態からオフ状態に切替えられたか否かを判定する(ステップS20)。たとえば、イグニッションスイッチやスタートスイッチのオフ操作時に、SMR40はオン状態からオフ状態に切替えられる。そこで、ステップS20において、SMR40の動作に代えてイグニッションスイッチやスタートスイッチがオフ操作されたか否かを判定してもよい。
なお、イグニッションスイッチやスタートスイッチがオフ操作されても、以降の処理が実行可能なように、制御装置30や検出器42、SMR40等に対しては動作電力が供給される。
SMR40がオン状態のときは(ステップS20においてNO)、ステップS130へ処理が移行される。SMR40がオン状態からオフ状態に切替えられると(ステップS20においてYES)、制御装置30は、電池エリアAR1の絶縁チェック(SMRチェック)が未完了であるか否かを判定する(ステップS30)。電池エリアAR1の絶縁チェックが既に完了しているときは(ステップS30においてNO)、ステップS130へ処理が移行される。
ステップS30において電池エリアAR1の絶縁チェックが未完了であると判定されると(ステップS30においてYES)、制御装置30は、検出器42の検出値である電圧値Vkを取得する(ステップS40)。次いで、制御装置30は、検出値が正常範囲にあるか否かを判定する(ステップS50)。具体的には、電圧値Vkがしきい値よりも大きければ、検出値が正常範囲にあると判定され、電圧値Vkがしきい値よりも小さければ、検出値が異常範囲にあると判定される。
電圧値Vkが低下しており、検出値は異常範囲にあると判定されると(ステップS50においてNO)、ステップS20においてSMR40がオフにされて領域AR2〜AR4が検出器42から電気的に切離されたにも拘わらず電圧値Vkが低下していることから、制御装置30は、電池エリアAR1で絶縁異常(絶縁低下)が発生しているものと判定する(ステップS60)。
一方、ステップS50において検出値は正常範囲にあると判定されると(ステップS50においてYES)、制御装置30は、SMR40の正極側のリレーSMRBのみをオンさせる(ステップS70)。そして、制御装置30は、検出器42の検出値が異常範囲にあるか否かを判定する(ステップS80)。
リレーSMRBをオンさせても電圧値Vkが低下せず、検出値は正常範囲にあると判定されると(ステップS80においてNO)、この場合は電池エリアAR1外(すなわち、直流エリアAR2、MG1エリアAR3またはMG2エリアAR4)で絶縁異常(絶縁低下)が発生していると断定することはできず、制御装置30は、電気システムの絶縁状態は「不定」であると判定する(ステップS90)。これによって、電池エリアAR1外で絶縁異常が生じているとの誤判定が回避される。
一方、ステップS70においてリレーSMRBをオンさせたことにより電圧値Vkが低下し、ステップS80において検出器42の検出値が異常範囲にあると判定されると(ステップS80においてYES)、制御装置30は、リレーSMRBをオフにする(ステップS100)。そして、検出器42の検出値が正常範囲にあるか否かが再び判定され(ステップS110)、検出値は正常範囲にあると判定されると(ステップS110においてYES)、制御装置30は、電池エリアAR1外で絶縁異常(絶縁低下)が発生しているものと判定する(ステップS120)。
なお、ステップS100においてリレーSMRBをオフにしても電圧値Vkが低下したままであり、検出器42の検出値が異常範囲にあると判定されると(ステップS110においてNO)、制御装置30は、ステップS90へ処理を移行し、電気システムの絶縁状態は「不定」であると判定される。
なお、ステップS110の処理は、リレーSMRBを最終的にオフにする際に確認的に行なわれるものであり、ステップS110は省略してもよい。
以上のように、この実施の形態においては、SMR40がオフされるときの検出器42の検出結果(電圧値Vk)だけでなく、その後にリレーSMRBのみがオンされるときの検出器42の検出結果も用いて電気システムの絶縁状態が判定される。これにより、前者の検出結果だけを用いて絶縁状態を判定する場合に比べて判定精度が向上する。また、SMR40のオフ後にリレーSMRBのみをオンさせるので、両極のリレーをオンさせる場合に実行する必要があるプリチャージ処理やディスチャージ処理、リレー溶着チェック等が不要である。したがって、この実施の形態によれば、絶縁異常の判定精度の向上と処理時間の短縮とを両立することが可能となる。
また、この実施の形態によれば、SMR40のオフ後に正極側のリレーSMRBをオンさせるようにしたので、負極側のリレーSMRG(あるいはSMRP)をオンさせる場合に比べてSMRチェックの時間を短くすることができる。なお、負極側のリレーSMRG(あるいはSMRP)をオンさせる場合でも、両極のリレーをオンさせる場合に比べればSMRチェックにかかる時間を大幅に短縮可能である。
なお、上記の実施の形態では、検出器42は、蓄電装置Bの負極側に電気的に接続されるものとしたが、蓄電装置Bの正極側に検出器42を接続してもよい。また、SMR40において、リレーSMRPおよび抵抗Rは負極側に設けられるものとしたが、リレーSMRPおよび抵抗Rを正極側に設けてもよい。
また、上記の実施の形態では、電気システムは、昇圧コンバータ12を備えるものとしたが、この発明は、昇圧コンバータ12を備えない電気システムを搭載した車両にも適用可能である。また、電気システムは、たとえば電動エアコンおよびそれを駆動するインバータ等をさらに備えてもよい。
また、上記の実施の形態では、電動車両は、エンジン4を搭載したハイブリッド車両としたが、この発明の適用範囲は、上記のようなハイブリッド車両に限定されるものではなく、エンジンを搭載しない電気自動車や、エネルギー源として燃料電池をさらに搭載した燃料電池車等も含むものである。
なお、上記において、昇圧コンバータ12、インバータ14,22、およびモータジェネレータMG1,MG2は、この発明における「駆動装置」の一実施例を形成し、SMR40のリレーSMRBは、この発明における「第1のリレー」の一実施例に対応する。また、SMR40のリレーSMRGまたはリレーSMRPは、この発明における「第2のリレー」の一実施例に対応する。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
2 車輪、3 動力分割装置、4 エンジン、10,13,21 電圧センサ、11,24,25 電流センサ、12 昇圧コンバータ、14,22 インバータ、15 U相アーム、16 V相アーム、17 W相アーム、30 制御装置、32 コンバータ制御部、34 インバータ制御部、36 リレー制御部、38 絶縁低下判定部、40 SMR、42 検出器、61 交流電源、62,R 抵抗、63 コンデンサ、64 バンドパスフィルタ、65 ピークホールド回路、70 駆動装置、100 ハイブリッド車両、B 蓄電装置、SMRB,SMRG,SMRP リレー、PL1,PL2 正極線、NL 負極線、C1,C2 平滑コンデンサ、Q1〜Q8 スイッチング素子、D1〜D8 ダイオード、MG1,MG2 モータジェネレータ、AR1〜AR4 領域。

Claims (5)

  1. 駆動力を発生する電気システムと、
    前記電気システムの絶縁異常を検出するための検出器とを備え、
    前記電気システムは、
    蓄電装置と、
    前記蓄電装置の電力を用いて駆動力を発生する駆動装置と、
    前記蓄電装置の正極と前記駆動装置との間に設けられる第1のリレーと、
    前記蓄電装置の負極と前記駆動装置との間に設けられる第2のリレーとを含み、
    前記検出器は、前記蓄電装置に電気的に接続され、さらに
    前記第1および第2のリレーが開放されるときの前記検出器の検出結果と、その後前記第1および第2のリレーのいずれかが閉成されるときの前記検出器の検出結果とに基づいて、前記電気システムの絶縁状態を判定する制御装置を備え
    前記第1および第2のリレーが開放されることによって前記検出器の検出結果が異常から正常に変化し、かつ、その後前記第1および第2のリレーのいずれかが閉成されても前記検出器の検出結果が正常を示すとき、前記制御装置は、前記電気システムの絶縁状態は不定であると判定する、電動車両。
  2. 前記第1および第2のリレーが開放されることによって前記検出器の検出結果が異常から正常に変化し、かつ、その後前記第1および第2のリレーのいずれかが閉成されることによって前記検出器の検出結果が異常を示すとき、前記制御装置は、前記駆動装置の絶縁抵抗が低下しているものと判定する、請求項1に記載の電動車両。
  3. 前記第1および第2のリレーの開放時に前記検出器の検出結果が異常を示すとき、前記制御装置は、前記蓄電装置の絶縁抵抗が低下しているものと判定する、請求項1または2に記載の電動車両。
  4. 前記検出器は、
    抵抗素子と、
    前記抵抗素子と車両アースとの間に電気的に接続され、所定の周波数を有する交流電圧を発生する交流電源と、
    前記抵抗素子と前記蓄電装置との間に電気的に接続される容量素子と、
    前記抵抗素子と前記容量素子との間の電力線における、前記所定の周波数を有する電圧成分を検出する電圧検出部とを含む、請求項1に記載の電動車両。
  5. 電動車両の絶縁状態判定方法であって、
    前記電動車両は、
    駆動力を発生する電気システムと、
    前記電気システムの絶縁異常を検出するための検出器とを含み、
    前記電気システムは、
    蓄電装置と、
    前記蓄電装置の電力を用いて駆動力を発生する駆動装置と、
    前記蓄電装置の正極と前記駆動装置との間に設けられる第1のリレーと、
    前記蓄電装置の負極と前記駆動装置との間に設けられる第2のリレーとを含み、
    前記検出器は、前記蓄電装置に電気的に接続され、
    前記絶縁状態判定方法は、
    前記第1および第2のリレーを開放するステップと、
    前記第1および第2のリレーの開放後に前記第1および第2のリレーのいずれかを閉成するステップと、
    前記第1および第2のリレーが開放されるときの前記検出器の検出結果と、前記第1および第2のリレーのいずれかが閉成されるときの前記検出器の検出結果とに基づいて、前記電気システムの絶縁状態を判定するステップとを含み、
    前記判定するステップは、前記第1および第2のリレーが開放されることによって前記検出器の検出結果が異常から正常に変化し、かつ、その後前記第1および第2のリレーのいずれかが閉成されても前記検出器の検出結果が正常を示すとき、前記電気システムの絶縁状態は不定であると判定するステップを含む、電動車両の絶縁状態判定方法。
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