JP6229586B2 - Ground fault judgment device - Google Patents
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Description
本発明は、地絡の有無を判定する地絡判定装置に関する。 The present invention relates to a ground fault determination device that determines the presence or absence of a ground fault.
従来、ハイブリッド自動車や電気自動車などの高電圧のバッテリ系(高電圧回路)を備える車両では、高電圧部と車両との間に対地絶縁抵抗が存在しており、地絡などによる対地絶縁抵抗の低下に伴う漏電から乗員等を保護するために、地絡を判定する地絡判定装置が設けられている。 Conventionally, in a vehicle equipped with a high voltage battery system (high voltage circuit) such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, a ground insulation resistance exists between the high voltage portion and the vehicle, and the ground insulation resistance due to a ground fault or the like exists. In order to protect an occupant and the like from leakage due to a decrease, a ground fault determination device that determines a ground fault is provided.
例えば特許文献1において、地絡判定装置は、カップリングコンデンサを介して地絡判定装置と高電圧部とが直流的に絶縁された状態で、高電圧部に対して抵抗を介して所定周波数の交流信号(パルス信号)を印加している。そして、抵抗と対地絶縁抵抗との分圧で決定される交流信号の電圧(波高値)の変動から、地絡の有無を判定している。なお地絡判定装置には、交流信号の周波数帯域を濾過することでノイズを除去するフィルタが設けられており、交流信号の電圧の検出精度が高められるようにしている(特許文献1参照)。
For example, in
しかし、交流信号に重畳されたノイズの周波数が、交流信号の周波数帯域に近い場合又は重複する場合には、フィルタ回路を用いてそのノイズを濾過しようとすると、地絡判定に使用する交流信号の成分も除去されることになり、交流信号の検出精度の低下を招くおそれがある。 However, when the frequency of the noise superimposed on the AC signal is close to or overlaps with the frequency band of the AC signal, if the filter circuit is used to filter the noise, the AC signal used for ground fault determination The component is also removed, and there is a possibility that the detection accuracy of the AC signal is lowered.
本発明は、上記実情を鑑み、地絡の判定精度の向上を図ることができる地絡判定装置を提供することを技術課題とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a ground fault determination device capable of improving the accuracy of ground fault determination.
本発明では、高電圧部の対地絶縁抵抗に印加される所定の発振周波数の交流信号を出力する交流信号出力手段と、交流信号出力手段と対地絶縁抵抗との間に設けられたカップリングコンデンサと、交流信号出力手段とカップリングコンデンサとの間で交流信号を取り込み、当該交流信号に含まれる高周波ノイズを除去するフィルタ手段と、フィルタ手段を通過した後のフィルタ通過後交流信号を入力し、該交流信号の波高値に基づいて前記高電圧部の地絡判定を実施する地絡判定手段と、を備える地絡判定装置であって、発振周波数よりも高周波でかつフィルタ手段で除去できない低周波ノイズがフィルタ通過後交流信号に重畳していることを判定するノイズ重畳判定手段と、ノイズ重畳判定手段によりノイズ重畳状態である場合に、地絡判定手段による地絡判定を無効化する無効化手段と、を備えることを特徴とする。 In the present invention, AC signal output means for outputting an AC signal having a predetermined oscillation frequency applied to the ground insulation resistance of the high voltage portion, a coupling capacitor provided between the AC signal output means and the ground insulation resistance, A filter means for taking in an AC signal between the AC signal output means and the coupling capacitor and removing high-frequency noise contained in the AC signal, and an AC signal after passing through the filter means after being input, A ground fault determination device comprising a ground fault determination means for performing a ground fault determination of the high voltage portion based on a peak value of an AC signal, wherein the low frequency noise is higher than the oscillation frequency and cannot be removed by the filter means Is determined to be superimposed on the AC signal after passing through the filter. Characterized in that it comprises a and disabling means for disabling the ground fault determination by means.
上記発明において、流信号出力手段から出力された交流信号の発振周波数よりも高周波であるが、フィルタ手段で除去されない低周波のノイズが交流信号に重畳されている場合には、その交流信号に基づく地絡判定を無効化する。これにより地絡判定の精度を向上できる。 In the above invention, when low-frequency noise that is higher than the oscillation frequency of the AC signal output from the stream signal output means but is not removed by the filter means is superimposed on the AC signal, it is based on the AC signal. Disable ground fault determination. Thereby, the precision of ground fault determination can be improved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1に示す地絡判定装置は、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載された高電圧バッテリ(以下、バッテリと記す)の地絡(漏電)を判定する装置である。本実施形態では、バッテリ11、電気負荷10、SMR15を含む回路を高電圧回路1と称する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The ground fault determination device shown in FIG. 1 is a device that determines a ground fault (leakage) of a high voltage battery (hereinafter referred to as a battery) mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. In the present embodiment, a circuit including the battery 11, the
バッテリ11は、車両の電気負荷10に電力を供給する電源であり、例えば、複数個のリチウムイオン電池等が直列に接続された電池群として構成されている。バッテリ11と、電気負荷10とはシステムメインリレー(system main relay、以下SMR15と記す)を介して接続されている。
The battery 11 is a power source that supplies electric power to the
SMR15は、バッテリ11の負極端子と正極端子のそれぞれに接続されており、SMR15の接続(オン)/遮断(オフ)が切り替えられることで、バッテリ11と電気負荷10との電気的な接続(オン)/遮断(オフ)が切り替えられる。
The
電気負荷10は、例えばMG12(motor generator)、インバータ13、コンバータ14を備えている。SMR15がオンの際、バッテリ11の電力は、インバータ13及びコンバータ14で電力変換されてMG12に供給される。またMG12の回生エネルギでバッテリ11が充電される。
The
バッテリ11と電気負荷10とはそれぞれ車両の車体100から絶縁されているが、バッテリ11と車体100との間には、絶縁抵抗Rg0及び浮遊容量Cg0からなる対地絶縁抵抗30が存在している。同様に電気負荷10と車体100との間にも、絶縁抵抗Rg1及び浮遊容量Cg1からなる対地絶縁抵抗31が存在している。なお図1では、バッテリ11と車体100とに絶縁抵抗Rg0が接続されており且つ絶縁抵抗Rg0に浮遊容量Cg0が並列接続されている状態と、電気負荷10と車体100とに絶縁抵抗Rg1が接続されており且つ絶縁抵抗Rg1に浮遊容量Cg1が並列接続された状態とを説明の便宜上示している。
The battery 11 and the
なお、バッテリ11に地絡が発生していない正常時には、対地絶縁抵抗30の絶縁抵抗Rg0は所定以上(例えば数MΩ以上)に維持される。一方、バッテリ11に地絡が発生している異常時には、対地絶縁抵抗30の絶縁抵抗Rg0が低下する。 When the ground fault does not occur in the battery 11, the insulation resistance Rg0 of the ground insulation resistance 30 is maintained at a predetermined value or more (for example, several MΩ or more). On the other hand, when the ground fault occurs in the battery 11, the insulation resistance Rg0 of the ground insulation resistance 30 decreases.
地絡判定装置2は、発振回路21、抵抗22、カップリングコンデンサ23、フィルタ24、差動増幅器25、制御装置26を備えている。
The ground
発振回路21は、所定の発振周波数の交流信号を出力する回路である。例えば発振回路21は、中心周波数fc=2Hz、波高値5Vの矩形波状の交流信号を出力する。
The
抵抗22は、対地絶縁抵抗30と交流信号を分圧するものであり、一端が発振回路21に接続され、他端がカップリングコンデンサ23とフィルタ24との接続点Bに接続される。
The
カップリングコンデンサ23は、地絡判定装置2とバッテリ11との間で、直流成分を遮断して交流信号を通過させるための素子であり、一端が抵抗22に接続され、他端がバッテリ11の負極側に接続される。
The
フィルタ24は、抵抗RとコンデンサCとを備えるアナログフィルタであり、例えば、後述する制御装置26で交流信号をA/D変換をする際にエイリアシングが発生することを抑制するためのアンチエイリアスフィルタとして設けられている。なお、フィルタ24は、制御装置26のサンプリング周波数(A/D変換周期の逆数)の半分以上の周波数成分を除去するように構成されている。
The
差動増幅器25は、フィルタ24を通過後の交流信号について振幅レベルを調整するものであり、差動増幅器25を通過後の交流信号の振幅の最大値が所定値となるように基準電圧が定められている。例えば本実施形態において、発振回路21から出力される交流信号の振幅を5Vとした場合には、フィルタ24を通過後の交流信号の振幅の最大値が4.5Vとなるように、差動増幅器25によって交流信号の振幅が縮小される。
The
制御装置26は、A/D変換部28、CPU29の他、RAM、ROM、フラッシュメモリなどを備えて構成されており、ROMに記憶された各種プログラムをCPUが実行することで各種処理を行う。
The
具体的には、制御装置26は、CPU29がA/D変換部28を介して入力された交流信号のデジタルフィルタ処理を実施し、そのフィルタ処理後の交流信号に基づいて、バッテリ11の地絡判定処理を実施する。デジタルフィルタ処理では、A/D変換後のデジタルの交流信号に含まれるノイズのうち、交流信号の周波数帯域から離れた周波数のノイズを除去する。例えば、有限インパルス応答(finite impulse response)によって、発振回路21から出力された交流信号の周波数帯域及びその周辺の帯域成分を濾過し、その他の周波数帯域の信号を遮断する。
Specifically, in the
また、地絡判定処理では、SMR15の切断状態で交流信号の波高値(振幅)を算出するとともに、その波高値と所定の地絡判定値との比較により地絡の有無を判定する。すなわち、制御装置26は、交流信号の波高値が地絡判定値以上となる場合、つまり対地絶縁抵抗30に対する抵抗22の分圧比率が低い場合には、地絡が発生していないと判定する。一方、交流信号の波高値が地絡判定値よりも低くなる場合、つまり対地絶縁抵抗30の低下に伴って、対地絶縁抵抗30に対する抵抗22の分圧比率が高くなる場合には、地絡が発生していると判定する。
In the ground fault determination process, the peak value (amplitude) of the AC signal is calculated in the disconnected state of the
本実施形態では特に、制御装置26による地絡判定に際して以下の3つの処理を実施することとしており、これら各処理の実施により、地絡判定の精度向上を図るものとしている。
In the present embodiment, in particular, the following three processes are performed when the ground fault is determined by the
(1)地絡判定値の学習処理
(2)地絡判定パラメータの補正処理
(3)低周波ノイズ重畳時における無効化処理
以下、各処理について説明する。
(1) Ground fault determination value learning process (2) Ground fault determination parameter correction process (3) Invalidation process at the time of low frequency noise superimposition Each process will be described below.
<地絡判定値の学習処理>
バッテリ11の地絡判定では、一般に車両の工場出荷時に決定されている地絡判定値を用い、その地絡判定値と交流信号の波高値とに基づいて地絡の有無が判定される。ただし、バッテリ11の個体差や経年変化を考慮すると、対地絶縁抵抗30の抵抗値にはばらつきが生じていると考えられる。また、制御装置26に入力される交流信号についても、地絡判定装置2の各素子の個体差や劣化等によるばらつきが生じていると考えられる。ゆえに、こうしたばらつきに起因して、地絡判定の精度に影響が及ぶことが懸念される。
<Learning detection process for ground fault judgment value>
In the ground fault determination of the battery 11, a ground fault determination value generally determined when the vehicle is shipped from the factory is used, and the presence or absence of a ground fault is determined based on the ground fault determination value and the peak value of the AC signal. However, in consideration of individual differences and aging of the batteries 11, it is considered that the resistance value of the ground insulation resistance 30 varies. Further, it is considered that the AC signal input to the
そこで本実施形態では、対地絶縁抵抗30の実抵抗値に対応する交流信号の波高値を時系列で検出し、その時系列の波高値に基づいて地絡判定値の学習を実施する。つまり、車両の使用時において所定条件の下で交流信号の波高値を検出するとともに、時系列の複数の波高値に基づいて地絡判定値を逐次設定する。 Therefore, in the present embodiment, the peak value of the AC signal corresponding to the actual resistance value of the ground insulation resistance 30 is detected in time series, and the ground fault determination value is learned based on the time series peak value. That is, the peak value of the AC signal is detected under a predetermined condition when the vehicle is used, and the ground fault determination value is sequentially set based on a plurality of time-series peak values.
より具体的には、制御装置26は、図2に示すように、車両の動作開始の都度(すなわち1トリップごとに)、交流信号の波高値pを検出するとともに、時系列のn個の波高値p1〜pnについて平均値を算出する。例えば、車両使用ごとに検出した交流信号の波高値pをフラッシュメモリ等に記憶しておき、今回及び過去のn回分の波高値の平均値を算出する。さらに、波高値の平均値から所定値αを減算して地絡判定値Aを算出する。本実施形態では、地絡判定値Aを学習値として記憶し、トリップごとに設定する。ただし、波高値の平均値を学習値として記憶することも可能である。そして、制御装置26は、学習値である地絡判定値を用い、都度の交流信号の波高値との比較に基づいて地絡の有無を判定する。
More specifically, as shown in FIG. 2, the
また、バッテリ11と電気負荷10とを接続するSMR15が閉じている状態と開いている状態とでは、抵抗22の分圧により検出される交流信号の波高値に差異が生じ、バッテリ11の地絡判定の精度に影響が及ぶ。そのため、本実施形態では、SMR15が開いている状態下で、都度の交流信号の波高値に基づいて地絡の有無を判定する。地絡判定値の学習処理においても、SMR15が開いている状態下で、時系列の複数の波高値に基づいて地絡判定値の学習を実施する。
Further, there is a difference in the peak value of the AC signal detected by the partial pressure of the
ここで、SMR15は、接続状態の切り替え時に発生する過渡電流の熱で溶着するなど、オン故障が生じる可能性がある。この場合、SMR15のオン故障が生じていると、バッテリ11と電気負荷10とが意図せず接続されたままの状態となるため、やはり地絡判定の精度に影響が及ぶ。
Here, there is a possibility that the
そこで本実施形態では、制御装置26は、地絡判定を実施する際に、SMR15がオン故障しているか否かを判定する。すなわち制御装置26は、上述した波高値の平均値に基づいてSMR異常判定用の異常判定値を設定し、その異常判定値と都度の交流信号の波高値との比較に基づいてSMR15のオン故障の有無を判定する。なお、地絡判定値とSMR異常判定値とは同じ値とすることが可能である。地絡判定値とSMR異常判定値とを共通の異常判定値とする場合、交流信号の波高値が異常判定値以下になることで、地絡及びSMRオン故障のいずれかの異常が発生していると判定される。そしてかかる場合には、SMR15を開閉(オン/オフ)させることで、地絡及びSMRオン故障のいずれが生じているかを特定する。つまり、SMR15をオン/オフさせて交流信号の波高値が変化すれば地絡が発生していると判定でき、変化しなければSMRオン故障が発生していると判定できる。SMR15のオン故障を適正に判定することで、地絡判定の精度向上も期待できる。
Therefore, in the present embodiment, the
<地絡判定パラメータの補正処理>
バッテリ11の地絡判定は、交流信号の波高値を判定パラメータとして実施される。この場合、地絡の有無は対地絶縁抵抗30の絶縁抵抗Rg0の大きさに応じて判定されるものであるが、交流信号を用いて地絡判定を実施する場合には、浮遊容量Cg0による容量リアクタンスの影響で交流信号の波高値に変動が生じてしまう。この場合、絶縁抵抗Rg0が低下しておらず地絡が発生していないにもかかわらず、浮遊容量Cg0による容量リアクタンスの影響で地絡が誤判定されるおそれがある。
<Correction processing for ground fault determination parameter>
The ground fault determination of the battery 11 is performed using the peak value of the AC signal as a determination parameter. In this case, the presence or absence of a ground fault is determined according to the magnitude of the insulation resistance Rg0 of the ground insulation resistance 30, but when the ground fault determination is performed using an AC signal, the capacitance due to the stray capacitance Cg0 The peak value of the AC signal fluctuates due to the reactance. In this case, the ground fault may be erroneously determined due to the influence of the capacitive reactance due to the stray capacitance Cg0 even though the insulation resistance Rg0 is not lowered and the ground fault is not generated.
そこで、本実施形態では浮遊容量Cg0の容量リアクタンスによる電圧誤差を取り除いた状態で地絡判定を実施する。すなわち、浮遊容量Cg0の容量リアクタンスが交流信号の周波数に応じて変化することを利用して、地絡判定パラメータである交流信号の波高値の検出値を補正する。 Therefore, in the present embodiment, the ground fault determination is performed in a state where the voltage error due to the capacitive reactance of the stray capacitance Cg0 is removed. That is, using the fact that the capacitive reactance of the stray capacitance Cg0 changes according to the frequency of the AC signal, the detected value of the peak value of the AC signal, which is a ground fault determination parameter, is corrected.
絶縁抵抗値と交流信号の波高値とは図3に示す関係にあり、絶縁抵抗値が大きいほど波高値が大きくなる。図3において、第1波高値V1は、発振回路21の中心周波数fcが地絡判定用の第1周波数f1の場合における絶縁抵抗Rg0及び浮遊容量Cg0により生じる振幅分を示している。第2波高値V2は、発振回路21の中心周波数fcが第1周波数f1とは異なる第2周波数f2の場合における絶縁抵抗Rg0及び浮遊容量Cg0により生じる振幅分を示している。この場合、制御装置26は、第1波高値V1と第2波高値V2との差ΔV(=V1−V2)を算出し、その差ΔVを地絡判定パラメータとして用いて地絡判定を実施する。なお、SMR異常判定に関していえば、差ΔVをSMR異常判定パラメータとして用いてSMR異常判定を実施する。
The insulation resistance value and the peak value of the AC signal are in the relationship shown in FIG. 3, and the peak value increases as the insulation resistance value increases. In FIG. 3, the first peak value V1 indicates an amplitude component generated by the insulation resistance Rg0 and the stray capacitance Cg0 when the center frequency fc of the
具体的には、図4に示すように、交流信号の中心周波数fcを第1周波数f1から第2周波数f2に変化させた際に、浮遊容量Cg0の容量リアクタンスの変化に伴い交流電圧が第1波高値V1から第2波高値V2に変わることを利用して、第1波高値V1及び第2波高値V2の差ΔVから浮遊容量Cg0を推定する。そして、推定された浮遊容量Cg0を用いて第1波高値V1を補正する。 Specifically, as shown in FIG. 4, when the center frequency fc of the AC signal is changed from the first frequency f1 to the second frequency f2, the AC voltage is changed according to the change in the capacitive reactance of the stray capacitance Cg0. Utilizing the change from the peak value V1 to the second peak value V2, the stray capacitance Cg0 is estimated from the difference ΔV between the first peak value V1 and the second peak value V2. Then, the first peak value V1 is corrected using the estimated stray capacitance Cg0.
例えば、ROMには差ΔVから浮遊容量Cg0を算出するための演算式やマップなどの情報が記憶されており、CPU29はこれらの演算を用いて浮遊容量Cg0の推定値を算出する。そして、浮遊容量Cg0の推定値を用いて、第1周波数f1での容量インピーダンスZcを算出し、第1波高値V1から容量インピーダンスZcで生じる電圧誤差を差し引くことで、補正後の波高値V11を得る。なお、交流信号の第1周波数f1は例えば2〜10Hzの範囲で設定される。第2周波数f2は、第1周波数f1よりも高い周波数であり、例えば4Hz〜100Hzの範囲で設定される。
For example, information such as an arithmetic expression and a map for calculating the stray capacitance Cg0 from the difference ΔV is stored in the ROM, and the
<低周波ノイズ重畳時における無効化処理>
車体100とバッテリ11との間には浮遊容量Cg0が存在しているため、電気負荷10の状態変化などで生じたコモンモードノイズが、浮遊容量Cg0を介して地絡判定装置2に侵入する可能性がある。このコモンモードノイズの周波数が、発振回路21から出力される交流信号の周波数帯域に近い又は重畳する場合には、制御装置26のデジタルフィルタ処理でそのノイズを除去することができず、地絡判定の精度に影響してしまう。
<Disabling process when low frequency noise is superimposed>
Since stray capacitance Cg0 exists between the
そこで本実施形態では、制御装置26は、発振回路21の発振周波数よりも高周波で、かつフィルタ24で除去できない低周波ノイズがフィルタ24を通過した後交流信号に重畳しているか否かを判定し、ノイズ重畳状態である場合に、交流信号の波高値に基づく地絡判定を無効化する。つまり、交流信号と分離できない周波数のノイズが交流信号に重畳されている場合には、その交流信号を地絡判定に使用しないようにする。これにより地絡の誤判定の発生を抑え、地絡判定の精度を高めるようにする。
Therefore, in the present embodiment, the
すなわち、図1において、制御装置26は、A/D変換部28と、CPU29とを有しており、CPU29はデジタルフィルタ27を有する。制御装置26に入力されたアナログの交流信号は、A/D変換部28でA/D変換されてデジタルの交流信号に変換される。A/D変換後のデジタルの交流信号は、デジタルフィルタ27に入力される。デジタルフィルタ27は、発振回路21の発振周波数の交流信号を通過させる。
That is, in FIG. 1, the
発振回路21の発振周波数に近い又は重複する周波数の低周波ノイズが交流信号に含まれていると、その低周波ノイズもデジタルフィルタ27を通過してしまうため、交流信号から低周波ノイズが除去されない。この場合、低周波ノイズの影響で波高値が変動した交流信号に基づき地絡判定が実施されるため、地絡判定の精度が低下してしまう。
If low frequency noise having a frequency close to or overlapping with the oscillation frequency of the
そこで、本実施形態では発振回路21から出力される交流信号の波高値(振幅)を、A/D変換部28の入力電圧範囲と同じ又はそれよりも大きい振幅とし、その交流信号の振幅を差動増幅器25で縮小する。これにより所定の入力電圧範囲(例えば0〜5V)を有するA/D変換部28において、入力電圧範囲の上限側に、A/D変換部28通過後の交流信号が入力電圧範囲を超えるものであることを判定する超過判定領域(4.5V〜5V)を形成する。そして、交流信号の波高値が超過判定領域に含まれる場合に、交流信号にデジタルフィルタ27で除去できない低周波のノイズが重畳された状態であるとして、その交流信号を地絡判定に使用しないようにする。
Therefore, in this embodiment, the peak value (amplitude) of the AC signal output from the
具体的には図5に示されるように、CPU29は、デジタルフィルタ27通過後の交流信号の波高値と、超過判定領域の上限値(4.5V)とを比較して、交流電圧の波高値が上限値を超えて超過判定領域に含まれる回数が単位時間内に複数回ある場合に、その交流信号を地絡判定に使用しない(無効化する)と判定する。又は、交流信号の電圧の立ち上がりのエッジが超過判定領域に含まれる回数が単位時間内に複数回ある場合に、その交流信号を地絡判定に使用しないと判定してもよい。
Specifically, as shown in FIG. 5, the
次に以上の構成を備える地絡判定装置の処理について説明する。なお以下の処理は、図示を略す車両のイグニッションスイッチがオンとされた状態で、制御装置26のCPU29が実施する。なお初期設定として、発振回路21から出力される交流信号の周波数は、第1周波数f1=2Hzに設定されており、これに合わせてデジタルフィルタ27が通過する周波数帯域が設定されているとする。
Next, the process of a ground fault determination apparatus provided with the above structure is demonstrated. The following processing is performed by the
図6において、ステップS10でSMR15がオフであるか否かを判定する。例えば車両の始動時などSMR15がオフとなる場合に肯定判定する。肯定判定した場合には、ステップS11で交流信号のA/D値を取得する。すなわちアナログの交流信号をデジタルの交流信号に変換する。ステップS12では、デジタルフィルタ処理を実施する。すなわち、A/D変換後の交流信号の発振周波数の周波数成分を通過する。これにより第1周波数f1における第1波高値V1を取得する。
In FIG. 6, it is determined in step S10 whether or not the
ステップS13では、交流信号を地絡判定に使用するか否かを判定する。ここでは、デジタルフィルタ27を通過後の交流信号の波高値が超過判定領域に含まれる回数が、単位時間内に所定未満の場合に、交流信号を地絡判定に使用すると肯定判定する。
In step S13, it is determined whether or not the AC signal is used for ground fault determination. Here, when the number of times the peak value of the AC signal after passing through the
ステップS13で肯定判定した場合には、ステップS14で、浮遊容量Cg0による電圧誤差を補正するために、第1周波数f1とは異なる第2周波数f2での交流信号の第2波高値V2を取得済みであるか否かを判定する。 If an affirmative determination is made in step S13, the second peak value V2 of the AC signal at the second frequency f2 different from the first frequency f1 has been acquired in step S14 in order to correct the voltage error due to the stray capacitance Cg0. It is determined whether or not.
ステップS14で否定判定した場合には、ステップS18に進み、発振回路21の第2周波数f2に変更する。例えば第2周波数f2=20Hzに設定する。また発振回路21の周波数変更に合わせて、デジタルフィルタ27が通過する周波数帯域を設定する。ステップS19では、第2周波数f2の場合における交流信号の第2波高値V2を検出する。
If a negative determination is made in step S14, the process proceeds to step S18 to change to the second frequency f2 of the
ステップS14で肯定判定した場合には、ステップS15で、第1周波数f1での第1波高値V1を補正して、補正後の波高値V11を算出する。すなわち、差ΔVから浮遊容量Cg0を推定し、浮遊容量Cg0の推定値を用いて第1周波数f1での容量インピーダンスZcを算出する。そして第1周波数f1の際に容量インピーダンスZcで生じる電圧誤差を差し引くことで、補正後の波高値V11を得る。 If an affirmative determination is made in step S14, in step S15, the first peak value V1 at the first frequency f1 is corrected, and the corrected peak value V11 is calculated. That is, the stray capacitance Cg0 is estimated from the difference ΔV, and the capacitance impedance Zc at the first frequency f1 is calculated using the estimated value of the stray capacitance Cg0. Then, a corrected peak value V11 is obtained by subtracting a voltage error caused by the capacitive impedance Zc at the first frequency f1.
ステップS16では、補正後の波高値V11が地絡判定値A以上であるか否かを判定する。肯定判定した場合には、ステップS16で地絡判定値Aの学習処理をする。すなわち、図2に示されるように、ステップS12で取得した交流信号の波高値を含めたn回分の波高値の平均値を算出して、地絡判定値Aを設定する。なお今回設定された地絡判定値Aは、次回の地絡判定の際の判定基準に使用される。 In step S16, it is determined whether or not the corrected peak value V11 is equal to or greater than the ground fault determination value A. If the determination is affirmative, the ground fault determination value A is learned in step S16. That is, as shown in FIG. 2, an average value of n peak values including the peak value of the AC signal acquired in step S12 is calculated, and the ground fault determination value A is set. The ground fault determination value A set this time is used as a determination criterion for the next ground fault determination.
ステップS16で否定判定した場合、ステップS20に進み、SMR15を開閉(オンオフ)させて、その際の交流信号の波高値の変化を検出する。ステップS21では、SMR15が正常か否かを判定する。すなわちSMR15のオンオフに伴い交流信号の波高値が変化した場合には、SMR15は正常であると判定する。一方、SMR25のオンオフに伴い交流信号の波高値が変化しなかった場合には、SMR15は異常であると判定する。
When a negative determination is made in step S16, the process proceeds to step S20, where the
ステップS21でSMR15が正常の場合には、ステップS22で地絡異常であると判定する。この場合、地絡異常が生じている旨の情報を出力する。ステップS21でSMR15が異常の場合には、ステップS23でSMR15のオン故障であると判定する。この場合、SMR15にオン故障が生じている旨の情報を出力する。なおステップS10,S13で否定判定した場合には処理を終了する。
If
次に図7のタイミングチャートを用いて上記処理の実行例を説明する。なお以下の処理はIGスイッチがオンの際に、所定の周期で繰り返し実施される。なお初期状態ではSMR15はオフであり、発振回路21からは第1周波数f1の交流信号が出力される。
Next, an example of execution of the above process will be described using the timing chart of FIG. The following processing is repeatedly performed at a predetermined cycle when the IG switch is on. In the initial state, the
時刻t1でIGスイッチがオンとされると、発振回路21から第1周波数f1(=2Hz)の交流信号が出力される。また制御装置26の処理が開始されて、交流信号のA/D変換や、デジタルフィルタ27でのノイズ除去が実施され、第1波高値V1が検出される。
When the IG switch is turned on at time t1, the
この際、第1波高値V1が超過判定領域に含まれる頻度が所定以上の場合には、ノイズが重畳された状態であり、その交流信号を用いた処理を実施しない無効化処理が実施される。この際、第1波高値V1がノイズ重畳状態であることを示す信号が出力されてもよい。第1波高値V1が超過判定領域に含まれる頻度が所定未満の場合には、その交流信号を地絡判定に使用すると判定される。 At this time, if the frequency at which the first peak value V1 is included in the excess determination region is greater than or equal to a predetermined value, noise is superimposed and invalidation processing that does not perform processing using the AC signal is performed. . At this time, a signal indicating that the first peak value V1 is in a noise superimposed state may be output. When the frequency at which the first peak value V1 is included in the excess determination region is less than a predetermined value, it is determined that the AC signal is used for ground fault determination.
交流信号を地絡判定に使用すると判定された場合、発振回路21の第1周波数f1からf2に一旦変更され、その際の交流信号の第2波高値V2が検出される。そして交流信号の波高値の差ΔVから、浮遊容量Cg0が推定され、浮遊容量Cg0の推定値を用いて補正後の波高値V11が算出される。
When it is determined that the AC signal is used for ground fault determination, the first frequency f1 of the
補正後の波高値V11が地絡判定値A以上であると判定されると、すなわち地絡が発生していないと判定されると、今回取得した交流信号の波高値を含めたn回分の波高値の平均値が算出される。この場合、次回の地絡判定の際に、更新済の地絡判定値Aが使用される。 When it is determined that the corrected peak value V11 is greater than or equal to the ground fault determination value A, that is, when it is determined that a ground fault has not occurred, the waves for n times including the peak value of the AC signal acquired this time The average of the high values is calculated. In this case, the updated ground fault determination value A is used in the next ground fault determination.
一方、波高値V11が地絡判定値A未満と判定された場合には、SMR15が開閉されて、交流信号の波高値の変化が検出される。この際、SMR15を動かしても交流信号の波高値が変動しなかったことが検出された場合には、SMR15のオン故障異常が判定される。一方、交流信号の波高値が変動した場合には、地絡異常と判定される。
On the other hand, when it is determined that the peak value V11 is less than the ground fault determination value A, the
SMR15が正常と判定された場合、時刻t2で図示を略す上位ECUからの指令信号を受けて、SMR15がオンに切り替えられる。なおSMR15の接続/遮断は、正極側と負極側のSMR15が同時に切り替えられてもよく、片側ずつ順番に切り替えられてもよい。
When it is determined that the
そして、IGスイッチ及びSMR15の両方がオンとなると、バッテリ11と電気負荷10とが電気的に接続され車両走行が可能な状態となる。この際、図示を略すアクセルセンサからの検出信号に基づきMGの駆動が制御されて車両が走行する。
When both the IG switch and the
そして時刻t3で、IGオフに切り替えられた後、時刻t4でSMR15がオフに切り替えられる。
Then, after the IG is switched off at time t3, the
上記によれば以下の優れた効果を奏することができる。 According to the above, the following excellent effects can be achieved.
・地絡判定装置2では発振回路21から出力された交流信号を対地絶縁抵抗30に印加して、対地絶縁抵抗30の実抵抗値に応じて変化する交流信号の波高値を用いて地絡判定を実施している。この際、交流信号に含まれる高周波ノイズはフィルタ24で除去される。しかし、発振周波数よりも高周波であるがフィルタ24で除去できない低周波ノイズが交流信号に含まれる場合、低周波ノイズの影響で変動した交流信号の波高値に基づく地絡判定が実施されることになり、地絡判定の精度に影響する。そこで、発振回路21から出力された交流信号の発振周波数よりも高周波であるが、フィルタ24で除去されない低周波のノイズが交流信号に重畳されている場合には、その交流信号に基づく地絡判定を無効化する。これにより地絡判定の精度を向上できる。
The ground
・所定の入力電圧範囲を有するA/D変換部28において、入力電圧範囲の上限側及び下限側の少なくともいずれかに、フィルタ24通過後の交流信号が入力電圧範囲を超えるものであることを判定する超過判定領域を設ける場合、A/D変換部28を用いて交流信号がノイズ重畳状態であるかを判別することができる。
In the A /
・フィルタ24通過後の交流信号の振幅を縮小してA/D変換部28における超過判定域を形成するようにした。これにより、A/D変換部28の交流特性を変えることなく、A/D変換部28において超過判定域を形成できる。
The amplitude of the AC signal after passing through the
・発振回路21から出力される交流信号の発振周波数に近い又は重複する周波数の低周波のノイズが、交流信号に含まれる場合、デジタルフィルタ27によって、発振回路21での発振周波数の交流信号を通過させようとした場合に、低周波ノイズも共に通過されることになり、交流信号から低周波ノイズを除去することができない。この場合には地絡判定が誤判定されるおそれがある。そこで、デジタルフィルタ27によるフィルタ処理後の波高値が超過判定域である場合に、地絡判定装置2による地絡判定を無効化する。これにより地絡判定の精度が高められる。
When low frequency noise having a frequency close to or overlapping the oscillation frequency of the AC signal output from the
また本実施形態は、上記に限定されず以下のように実施されてもよい。 The present embodiment is not limited to the above, and may be implemented as follows.
・上記では、波高値V11が地絡判定値A未満となった場合に、SMR15を開閉させて地絡かSMR15のオン故障かを判別している。これ以外にも、地絡判定用の判定基準とSMR15のオン故障判定用の判定基準とを個別に設けて、波高値V11と各判定基準との比較により、地絡又はSMR15のオン故障が判定されてもよい。
In the above description, when the peak value V11 becomes less than the ground fault determination value A, the
・SMR15に溶着などのオン故障が生じている場合には、バッテリ11の対地絶縁抵抗30と電気負荷10の対地絶縁抵抗31とが並列接続状態となり、地絡判定装置2による地絡判定を実施する場合における容量インピーダンスが浮遊容量Cg1によって変わる。そこで、容量インピーダンスが発振回路21の周波数に応じて変わることを利用して、SMR15のオン故障の有無を判定してもよい。すなわち、SMR15がオフの際に発振回路21の発振周波数を変化させる。この際、SMR15にオン故障が生じていると、SMR15にオン故障が生じていない場合に比べて、浮遊容量Cg1による容量インピーダンスの変動分だけ、交流信号の波高値の変化が大きくなる。そこで、SMR15をオンオフした際の交流信号の波高値の変動の大きさを利用して、SMR15のオン故障を判定してもよい。
When an on failure such as welding occurs in the
・上記では、時系列のn個の波高値について地絡判定値Aを算出しているが、車両の使用開始から取得した全波高値について地絡判定値Aを算出してもよい。 In the above description, the ground fault determination value A is calculated for n time-series peak values, but the ground fault determination value A may be calculated for all peak values acquired from the start of use of the vehicle.
・図6において、例えばステップS10の後に、インバータ13等の電気負荷10が動作していないか否かが判定されてもよい。この場合、電気負荷10の動作状態で地絡判定が実施されることを回避できる。
In FIG. 6, for example, after step S <b> 10, it may be determined whether or not the
・上記において、IGオフとなった後に、SMR15がオフに切り替えられているが、MR15がオフとなった後、IGオフに切り替えられてもよい。
In the above description, the
・上記では、浮遊容量Cg0の推定値を用いて、補正後の波高値V11を算出する例を示した。これ以外にも差ΔVを用いて補正後の波高値V11が直接算出されてもよい。この場合、ROMには差ΔVから補正後の波高値V11を算出するための演算式やマップ等が記憶される。 In the above, an example in which the corrected peak value V11 is calculated using the estimated value of the stray capacitance Cg0 is shown. In addition to this, the corrected peak value V11 may be directly calculated using the difference ΔV. In this case, the ROM stores an arithmetic expression, a map, and the like for calculating the corrected peak value V11 from the difference ΔV.
・上記では、車両の動作開始の都度に、交流信号の波高値pを検出するとしたが、車両の動作終了時の都度に、交流信号の波高値pが検出されてもよい。又は車両の動作開始時及び終了時の両方において交流信号の波高値pを検出して、これらを用いて地絡判定値が設定されてもよい。 In the above description, the peak value p of the AC signal is detected every time the operation of the vehicle starts. However, the peak value p of the AC signal may be detected every time the operation of the vehicle ends. Alternatively, the peak value p of the AC signal may be detected both at the start and end of the operation of the vehicle, and the ground fault determination value may be set using these.
11…バッテリ、21…発振回路、23…カップリングコンデンサ、24…フィルタ、26…制御装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery, 21 ... Oscillator circuit, 23 ... Coupling capacitor, 24 ... Filter, 26 ... Control apparatus.
Claims (6)
前記交流信号出力手段と前記対地絶縁抵抗との間に設けられたカップリングコンデンサ(23)と、
前記交流信号出力手段と前記カップリングコンデンサとの間で前記交流信号を取り込み、当該交流信号に含まれる高周波ノイズを除去するフィルタ手段(24)と、
前記フィルタ手段を通過した後のフィルタ通過後交流信号をサンプリング周波数でA/D変換するA/D変換部(28)と、
前記A/D変換後の前記フィルタ通過後交流信号のうち、前記交流信号出力手段から出力される前記交流信号の周波数帯域を通過し、それ以外を遮断するデジタルフィルタ処理を行うデジタルフィルタ(27)と、
前記デジタルフィルタ処理後の前記フィルタ通過後交流信号の波高値に基づいて前記高電圧部の地絡判定を実施する地絡判定手段(26)と、
を備える地絡判定装置であって、
前記フィルタ手段は、前記サンプリング周波数の半分以上の周波数成分を除去するものであり、
前記フィルタ手段で除去されず、かつ前記デジタルフィルタ処理で通過されるノイズ成分が前記フィルタ通過後交流信号に重畳していることを判定するノイズ重畳判定手段(26)と、
前記ノイズ重畳判定手段によりノイズ重畳状態である場合に、前記地絡判定手段による地絡判定を無効化する無効化手段(26)と、
を備えることを特徴とする地絡判定装置。 AC signal output means (21) for outputting an AC signal having a predetermined oscillation frequency applied to the ground insulation resistance (30) of the high voltage section (11);
A coupling capacitor (23) provided between the AC signal output means and the ground insulation resistance;
Filter means (24) for taking in the AC signal between the AC signal output means and the coupling capacitor and removing high frequency noise contained in the AC signal;
An A / D converter (28) for A / D converting the AC signal after passing through the filter means at the sampling frequency after passing through the filter means ;
A digital filter (27) that performs a digital filter process that passes through the frequency band of the AC signal output from the AC signal output means among the AC signals after passing through the filter after the A / D conversion and blocks the others. When,
A ground fault determination means (26) for performing a ground fault determination of the high voltage portion based on the peak value of the post-filter AC signal after the digital filter processing ;
A ground fault determination device comprising:
The filter means removes a frequency component that is half or more of the sampling frequency,
Noise superimposition determination means (26) for determining that a noise component that is not removed by the filter means and that is passed through the digital filter processing is superimposed on the AC signal after passing through the filter;
Invalidation means (26) for invalidating ground fault determination by the ground fault determination means when the noise superimposition determination means is in a noise superimposed state;
A ground fault determination device comprising:
前記交流信号出力手段と前記対地絶縁抵抗との間に設けられたカップリングコンデンサ(23)と、
前記交流信号出力手段と前記カップリングコンデンサとの間で前記交流信号を取り込み、当該交流信号に含まれる高周波ノイズを除去するフィルタ手段(24)と、
前記フィルタ手段を通過した後のフィルタ通過後交流信号を入力し、該交流信号の波高値に基づいて前記高電圧部の地絡判定を実施する地絡判定手段(26)と、
を備える地絡判定装置であって、
前記発振周波数よりも高周波でかつ前記フィルタ手段で除去できない低周波ノイズが前記フィルタ通過後交流信号に重畳していることを判定するノイズ重畳判定手段(26)と、
前記ノイズ重畳判定手段によりノイズ重畳状態である場合に、前記地絡判定手段による地絡判定を無効化する無効化手段(26)と、を備え、
前記フィルタ通過後交流信号を入力する信号入力部(28)は、所定の入力電圧範囲を有するものであり、
前記信号入力部の入力電圧範囲の上限側及び下限側の少なくともいずれかには、前記フィルタ通過後交流信号が前記入力電圧範囲を超えるものであることを判定するための超過判定域が設けられており、
前記無効化手段は、前記フィルタ通過後交流信号が前記超過判定域に入るものであれば、ノイズ重畳状態であるとして前記地絡判定を無効化する地絡判定装置。 AC signal output means (21) for outputting an AC signal having a predetermined oscillation frequency applied to the ground insulation resistance (30) of the high voltage section (11);
A coupling capacitor (23) provided between the AC signal output means and the ground insulation resistance;
Filter means (24) for taking in the AC signal between the AC signal output means and the coupling capacitor and removing high frequency noise contained in the AC signal;
A ground fault determination means (26) for inputting a post-filter AC signal after passing through the filter means, and performing a ground fault determination of the high voltage section based on a peak value of the AC signal;
A ground fault determination device comprising:
Noise superimposition determination means (26) for determining that low frequency noise that is higher than the oscillation frequency and cannot be removed by the filter means is superimposed on the AC signal after passing through the filter;
Invalidating means (26) for invalidating ground fault determination by the ground fault determining means when the noise superimposition determining means is in a noise superimposed state,
The signal input unit (28) for inputting the AC signal after passing through the filter has a predetermined input voltage range,
At least one of the upper limit side and the lower limit side of the input voltage range of the signal input unit is provided with an excess determination region for determining that the AC signal after passing the filter exceeds the input voltage range. And
It said disabling means, as long as the passing through the filter AC signal enters the excess detectable region, the ground determining device you deactivate the grounding determined as a noise superimposed state.
前記交流信号出力手段から出力される前記交流信号は、前記入力電圧範囲と同じ又はそれよりも大きい振幅で交流変化するものであり、
前記振幅調整手段は、前記フィルタ通過後交流信号の振幅を縮小することで、前記入力電圧範囲内に超過判定域を形成する請求項2に記載の地絡判定装置。 Amplitude adjusting means (25) capable of changing the amplitude of the AC signal after passing through the filter,
The alternating current signal output from the alternating current signal output means changes alternating current with an amplitude equal to or larger than the input voltage range,
The ground fault determination device according to claim 2, wherein the amplitude adjustment unit forms an excess determination region in the input voltage range by reducing the amplitude of the AC signal after passing through the filter.
前記地絡判定手段は、前記第2フィルタを通過した前記交流信号の波高値に基づいて地絡判定を実施するものであって、
前記無効化手段は、前記第2フィルタを通過した前記交流信号の波高値が前記超過判定域に入る場合に、前記地絡判定手段による地絡判定を無効化する請求項2又は3に記載の地絡判定装置。 A second filter (27) for passing the AC signal output from the AC signal output means;
The ground fault determination means performs ground fault determination based on a peak value of the AC signal that has passed through the second filter,
The said invalidation means invalidates the ground fault determination by the said ground fault determination means when the peak value of the said alternating current signal which passed the said 2nd filter enters into the excess determination area. Ground fault determination device.
前記地絡判定手段は、前記対地絶縁抵抗と前記抵抗との分圧で決定される交流信号の波高値に基づいて前記高電圧部の地絡判定を実施する請求項2乃至4のいずれか1項に記載の地絡判定装置。 A resistor (22) for dividing the AC signal output from the AC signal output means with the ground insulation resistance;
5. The ground fault determination unit according to claim 2, wherein the ground fault determination unit performs ground fault determination of the high voltage unit based on a peak value of an AC signal determined by a partial pressure between the ground insulation resistance and the resistance. The ground fault determination apparatus according to item.
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