JP6348456B2 - Vehicle power supply system - Google Patents
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Description
本発明は、車両用の電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system for a vehicle.
回転電機を駆動源とするハイブリッド車両や電気自動車には、バッテリ(直流電源)とバッテリ電圧を昇圧させる昇圧コンバータが搭載されている。 Hybrid vehicles and electric vehicles that use a rotating electrical machine as a drive source are equipped with a battery (DC power supply) and a boost converter that boosts the battery voltage.
バッテリや昇圧コンバータ等の高電圧機器を車体(ボデー)から絶縁させるために、これら高電圧機器は絶縁抵抗を介して車体に支持される。絶縁劣化による高電圧機器と車体との導通を防ぐため、特許文献1には、絶縁抵抗の劣化を検出する検出装置が開示されている。また、特許文献2には、絶縁劣化の検出に加えてバッテリ電圧の検出も行う計測装置が開示されている。
In order to insulate high-voltage devices such as a battery and a boost converter from the vehicle body (body), these high-voltage devices are supported on the vehicle body via an insulation resistor. In order to prevent conduction between a high-voltage device and a vehicle body due to insulation deterioration,
これらの検出装置や計測装置では、いわゆるフライングキャパシタ方式と呼ばれる計測が行われる。すなわち、バッテリに対して並列にキャパシタと電圧センサを接続させ、バッテリとキャパシタとを結ぶ正極配線及び負極配線にそれぞれリレーを設ける。さらにキャパシタと電圧センサとを結ぶ正極配線及び負極配線にそれぞれリレーを設ける。 In these detection devices and measurement devices, a so-called flying capacitor method is measured. That is, a capacitor and a voltage sensor are connected in parallel to the battery, and a relay is provided on each of a positive electrode wiring and a negative electrode wiring connecting the battery and the capacitor. Further, relays are provided respectively on the positive electrode wiring and the negative electrode wiring connecting the capacitor and the voltage sensor.
バッテリ電圧の測定に当たり、バッテリとキャパシタの間の一組のリレーをオンにしてバッテリの電荷をキャパシタにチャージ(蓄電)させる。次に当該一組のリレーをオフにするとともに、キャパシタと電圧センサの間の一組のリレーをオンにして、電圧センサにキャパシタ電圧を測定させる。このように、キャパシタを介してバッテリ電圧を検出する。なお、電圧検出から次の電圧検出までの間にキャパシタの電荷を空にする必要があるため、キャパシタは放電抵抗に接続される。放電抵抗は車体に接続(接地)される。 In measuring the battery voltage, a set of relays between the battery and the capacitor is turned on to charge (accumulate) the charge of the battery in the capacitor. Next, the set of relays is turned off, and the set of relays between the capacitor and the voltage sensor is turned on to cause the voltage sensor to measure the capacitor voltage. Thus, the battery voltage is detected via the capacitor. In addition, since it is necessary to empty the charge of the capacitor between the voltage detection and the next voltage detection, the capacitor is connected to the discharge resistor. The discharge resistor is connected (grounded) to the vehicle body.
絶縁抵抗の劣化検出に当たり、バッテリとキャパシタの間の一組のリレーの一方と、キャパシタと電圧センサの間の一組のリレーの一方をオンにする。このとき、絶縁抵抗RHp,RHnが劣化していると、図10のような車体を介したループが形成され、キャパシタSSCに電荷がチャージされる。電圧センサにてキャパシタSSCの端子電圧を計測することで、絶縁抵抗RHp,RHnの劣化状況を判定することができる。 In detecting the deterioration of the insulation resistance, one of a set of relays between the battery and the capacitor and one of the set of relays between the capacitor and the voltage sensor are turned on. At this time, if the insulation resistances RHp and RHn are deteriorated, a loop through the vehicle body as shown in FIG. 10 is formed, and the capacitor SSC is charged. By measuring the terminal voltage of the capacitor SSC with the voltage sensor, it is possible to determine the deterioration status of the insulation resistances RHp and RHn.
ところで、絶縁抵抗RHp,RHnが劣化して短絡が生じ、昇圧コンバータが稼働中であると、車体の電位は昇圧コンバータによる昇圧電圧と等しくなる。このとき、図11に示すように、オフ状態のリレー(図11ではSSR4)の両端に耐電圧を超過するような高電圧が印加され、いわゆるオン故障に繋がるおそれがある。オン故障を防ぐためにリレーを高耐圧にすることや、放電抵抗R1,R2を高抵抗とすることも考えられるが、一般的に高耐圧のリレーはオン状態の抵抗(オン抵抗)が高いことが知られており、また放電抵抗R1,R2が高抵抗になることで、RC回路における時定数が増加してキャパシタSSCの電荷を充放電させるのに時間が掛かり、検出時間の長期化に繋がるという別の問題が生じる。そこで、本発明は検出時間の長期化を伴わずにリレーのオン故障を抑制可能な、車両用電源システムを提供することを目的とする。 By the way, when the insulation resistances RHp and RHn are deteriorated to cause a short circuit and the boost converter is in operation, the potential of the vehicle body becomes equal to the boost voltage by the boost converter. At this time, as shown in FIG. 11, a high voltage exceeding the withstand voltage is applied to both ends of the relay in the off state (SSR 4 in FIG. 11), which may lead to a so-called on-failure. Although it is conceivable to increase the withstand voltage of the relay and prevent the discharge resistors R1 and R2 from having a high resistance in order to prevent an on-failure, a high withstand voltage relay generally has a high on-state resistance (on-resistance). It is known that the discharge resistances R1 and R2 are high resistances, so that the time constant in the RC circuit increases and it takes time to charge and discharge the capacitor SSC, leading to a prolonged detection time. Another problem arises. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a vehicle power supply system that can suppress a relay ON failure without prolonging the detection time.
本発明は、車両用電源システムに関する。当該システムは、バッテリと、絶縁抵抗を介して車体に支持され前記バッテリの電圧を昇圧させる昇圧コンバータと、前記バッテリに並列に接続されたキャパシタと、前記バッテリ及びキャパシタに並列に接続された電圧センサと、前記バッテリとキャパシタを接続する正極配線及び負極配線にそれぞれ設けられた第1正極側リレー及び第1負極側リレーと、前記キャパシタと電圧センサを接続する正極配線及び負極配線にそれぞれ設けられた第2正極側リレー及び第2負極側リレーと、前記キャパシタと電圧センサを接続する正極配線及び負極配線の、前記第2正極側リレー及び第2負極側リレーと前記電圧センサとの間から分岐して放電抵抗を介して車体に接続された接地配線と、を備える。さらに車両用電源システムは、前記接地配線から前記第1及び第2負極側リレーをバイパスして前記バッテリの負極に接続された第1バイパス配線に設けられ、前記第1及び第2負極側リレーの耐電圧未満となる降伏電圧を有する第1ツェナーダイオードを備える。加えて、前記第1正極側及び負極側リレーならびに前記第2正極側及び負極側リレーよりも前記キャパシタ寄りに、当該キャパシタと並列接続された第2バイパス配線に設けられ、所定のリレー保護電圧以下となる降伏電圧を有する第2ツェナーダイオードを備える。 The present invention relates to a vehicle power supply system. The system includes a battery, a boost converter supported by a vehicle body via an insulation resistor and boosting the voltage of the battery, a capacitor connected in parallel to the battery, and a voltage sensor connected in parallel to the battery and the capacitor. And a first positive electrode side relay and a first negative electrode side relay respectively provided on a positive electrode wiring and a negative electrode wiring connecting the battery and the capacitor, and a positive electrode wiring and a negative electrode wiring connecting the capacitor and the voltage sensor, respectively. The second positive side relay and the second negative side relay and the positive and negative wires connecting the capacitor and the voltage sensor branch from between the second positive side relay and the second negative side relay and the voltage sensor. And a ground wiring connected to the vehicle body via a discharge resistor. Furthermore, the vehicle power supply system is provided in a first bypass wiring connected to the negative electrode of the battery by bypassing the first and second negative relays from the ground wiring, and the first and second negative relays A first Zener diode having a breakdown voltage that is less than the withstand voltage is provided. In addition, the first positive electrode side and the negative electrode side relay and the second positive electrode side and the negative electrode side relay closer to the capacitor are provided in a second bypass wiring connected in parallel with the capacitor and have a predetermined relay protection voltage or less. And a second Zener diode having a breakdown voltage.
本発明によれば、検出時間の長期化を伴わずにリレーのオン故障を抑制可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress relay ON failure without prolonging the detection time.
<全体構成>
図1に、本実施形態に係る車両用の電源システム10を例示する。電源システム10は、バッテリ12、検出回路14、システムメインリレー16、昇降圧コンバータ18、及びインバータ20を備える。電源システム10は、絶縁抵抗RHp及びRHnを介して車体BD1,BD2に接続(接地)されている。
<Overall configuration>
FIG. 1 illustrates a
システムメインリレー16によってバッテリ12と昇降圧コンバータ18が導通されると、昇降圧コンバータ18によってバッテリ12の電圧が昇圧される。昇圧後の直流電力はインバータ20によって交流電力に変換され、車両の駆動源である回転電機(図示せず)に供給される。
When the
検出回路14は、バッテリ12の電圧計測や、絶縁抵抗RHp及びRHnの劣化判定を行う。バッテリ12の電圧計測に当たり、第1正極側リレーSSR1及び第1負極側リレーSSR2をオンにする(閉じる)ことで、バッテリ12からキャパシタSSCに電荷がチャージされる。その後、第1正極側リレーSSR1及び第1負極側リレーSSR2をオフにするとともに第2正極側リレーSSR3及び第2負極側リレーSSR4をオンにすることで、キャパシタSSCの電圧が電圧センサ22によって計測される。
The
絶縁抵抗RHp及びRHnの劣化判定では、車体を経由して絶縁抵抗RHpまたはRHnとキャパシタSSCとを繋ぐ回路を形成する。例えば後述する図4のように絶縁抵抗RHpの劣化判定を行う際には第1負極側リレーSSR2及び第2正極側リレーSSR3をオンにする。このとき、車体BD1及び車体BD3を介して絶縁抵抗RHpとキャパシタSSCを含む回路が形成される。このときのキャパシタSSCにチャージされる電荷を検出することで、絶縁抵抗RHpの劣化状況の判定が可能となる。 In the determination of deterioration of the insulation resistances RHp and RHn, a circuit that connects the insulation resistance RHp or RHn and the capacitor SSC via the vehicle body is formed. For example, when the deterioration determination of the insulation resistance RHp is performed as shown in FIG. 4 described later, the first negative electrode side relay SSR2 and the second positive electrode side relay SSR3 are turned on. At this time, a circuit including the insulation resistance RHp and the capacitor SSC is formed via the vehicle body BD1 and the vehicle body BD3. By detecting the charge charged in the capacitor SSC at this time, it is possible to determine the deterioration state of the insulation resistance RHp.
さらに本実施形態に係る電源システム10では、絶縁抵抗RHp,RHnの劣化時に検出回路14のリレーSSR1〜SSR4に耐電圧を超過するような高電圧が印加されることを防ぐために、2つのバイパス配線24,26(第1バイパス配線及び第2バイパス配線)を設けている。
Furthermore, in the
バイパス配線24(第1バイパス配線)は、検出回路14の接地配線28から第1負極側リレーSSR2及び第2負極側リレーSSR4をバイパスしてバッテリ12の負極に接続される。バイパス配線24には、負極から正極に向かう方向を順方向としたツェナーダイオードZD1(第1ツェナーダイオード)が設けられている。ツェナーダイオードZD1の降伏電圧は第1負極側リレーSSR2及び第2負極側リレーSSR4の耐電圧未満となるように定められている。
The bypass wiring 24 (first bypass wiring) is connected to the negative electrode of the
絶縁抵抗RHpまたはRHnが劣化して、車体BD1〜BD3の電位が昇降圧コンバータ18の昇圧電圧VHと等しくなったときに、ツェナーダイオードZD1に印加される電圧が降伏電圧に達して導通状態となる。これにより、ツェナーダイオードZD1と並列接続された第1負極側リレーSSR2及び第2負極側リレーSSR4に印加される電圧はツェナーダイオードZD1の降伏電圧以下、つまり耐電圧以下となり、その結果、第1負極側リレーSSR2及び第2負極側リレーSSR4のオン故障が回避される。
When the insulation resistance RHp or RHn deteriorates and the potential of the vehicle bodies BD1 to BD3 becomes equal to the boosted voltage VH of the buck-
バイパス配線26(第2バイパス配線)は、第1正極側及び負極側リレーSSR1,SSR2ならびに第2正極側及び負極側リレーSSR3,SSR4よりもキャパシタSSC寄りに、キャパシタSSCに並列接続される。バイパス配線26には、順方向が逆方向となるように、2つのツェナーダイオードZD21,ZD22(第2ツェナーダイオード)が設けられている。
The bypass wiring 26 (second bypass wiring) is connected in parallel to the capacitor SSC closer to the capacitor SSC than the first positive electrode side and negative electrode side relays SSR1, SSR2 and the second positive electrode side and negative electrode side relays SSR3, SSR4. The
ツェナーダイオードZD21,ZD22を設けることで、これらと並列に接続されたキャパシタSSCの電圧は、ツェナーダイオードZD21,ZD22の降伏電圧以下に抑えられる。本実施形態に係る電源システム10では、ツェナーダイオードZD21,ZD22の降伏電圧は所定のリレー保護電圧以下となるように設定されており、キャパシタSSCの電圧を抑えることで、周辺のリレーSSR1〜SSR4に過大な電圧が印加されるのを回避できる。
By providing the Zener diodes ZD21 and ZD22, the voltage of the capacitor SSC connected in parallel with them is suppressed to be equal to or lower than the breakdown voltage of the Zener diodes ZD21 and ZD22. In the
<各構成の詳細>
バッテリ12は、複数の単電池を直列接続させた組電池から構成される。各単電池はリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の2次電池から構成される。
<Details of each configuration>
The
システムメインリレー16は、バッテリ12と昇降圧コンバータ18(及びその後段のインバータや回転電機)との接続/遮断を行う。システムメインリレー16は、正極側(プラス側)にプラス側リレーSMRHが接続され、負極側(マイナス側)に、マイナス側リレーSMRLが接続される。さらに、マイナス側リレーSMRLとは並列に、プリチャージリレーSMRPが接続される。プリチャージリレーSMRPはレジスタ抵抗RRに接続される。プリチャージリレーSMRP及びレジスタ抵抗RRは、バッテリ12と昇降圧コンバータ18を繋ぐ際の突入電流を防止するために用いられる。
The system
昇降圧コンバータ18は、バッテリ12の電圧を昇圧させる昇圧コンバータと、回転電機(図示せず)からの回生電力を降圧させる降圧コンバータの2つの電圧変換機能を備える。昇降圧コンバータ18は、例えば2象限チョッパ回路を備えており、正極から負極に向かう方向を順方向としたIGBT等のスイッチング素子36,42と、これとは逆並列に接続されたダイオード38,44からなる2つのアーム、すなわち上アーム40及び下アーム34が直列に接続されている。上アーム40と下アーム34の間から一次側(バッテリ12側)に、バッテリ12と直列接続されたリアクトル32と、バッテリ12と並列接続された一次側平滑キャパシタ30Aが設けられる。さらに上アーム40及び下アーム34の二次側(回転電機側)に、両アーム34,40と並列に二次側平滑キャパシタ30Bが設けられる。
The step-up / step-
インバータ20は昇降圧コンバータ18によって昇圧された直流電力を三相交流電力に変換して回転電機に供給する。また、回転電機から回生された三相交流電力を直流電力に変換して昇降圧コンバータ18に供給する。インバータ20は図示しないスイッチング素子を複数備えており、これらスイッチング素子のオンオフによって電力の交直変換及び直交変換が行われる。
The
検出回路14は電池ECUとも呼ばれ、コンピュータの回路の一部として構成される。検出回路14は、バッテリ12の正負両端に接続される。
The
検出回路14は、いわゆるフライングキャパシタ方式の電圧検出回路であって、バッテリ12と並列にキャパシタSSCが接続される。キャパシタSSCはいわゆる両極性型のキャパシタであって、図面上側を正極とし下側を負極とした電荷蓄積(チャージ)も、図面上側を負極とし下側を正極とした電荷蓄積も可能となっている。
The
バッテリ12及びキャパシタSSCと並列に電圧センサ22が接続される。電圧センサ22の前段(キャパシタSSC側)に、作動増幅回路やA/Dコンバータが設けられていてもよい。
A
バッテリ12とキャパシタSSCとを接続する正極配線46には第1正極側リレーSSR1が設けられ、負極配線48には第1負極側リレーSSR2が設けられる。また、キャパシタSSCと電圧センサ22とを接続する正極配線50には第2正極側リレーSSR3が設けられ、負極配線52には第2負極側リレーSSR4が設けられる。
The
さらに、正極配線50及び負極配線52の、第2正極側リレーSSR3及び第2負極側リレーSSR4と電圧センサ22の間から分岐して、車体BD3に接続される接地配線28が設けられる。接地配線28は、正極配線50及び負極配線52からそれぞれ引き出された後に合流されて車体BD3に接続される。
Further, the
接地配線28には、放電抵抗R1,R2と絶縁抵抗R3が設けられる。放電抵抗R1は負極配線52から分岐して合流されるまでの経路に設けられ、放電抵抗R2は正極配線50から分岐して合流されるまでの経路に設けられる。絶縁抵抗R3は合流後車体BD3に至るまでの経路に設けられる。
The
放電抵抗R1,R2は、電圧センサ22によるキャパシタSSCの電圧検出後に、キャパシタSSCの電荷を空(0[C])にするために設けられている。つまり、キャパシタSSCに蓄積された電気エネルギー(電力)が放電抵抗R1,R2にて消費されることでキャパシタSSCの電荷が空になる。 The discharge resistors R1 and R2 are provided to empty the capacitor SSC after the voltage of the capacitor SSC is detected by the voltage sensor 22 (0 [C]). That is, the electric energy (electric power) accumulated in the capacitor SSC is consumed by the discharge resistors R1 and R2, and the charge of the capacitor SSC becomes empty.
なお、後述する絶縁抵抗RHp,RHnの劣化判定時であってキャパシタSSCに電荷を蓄積させる際に、電流が放電抵抗R1及びR2のどちらか一方を通過する。このとき、放電抵抗R1,R2の抵抗値が異なると、RC回路における時定数が異なり、絶縁抵抗RHp及びRHnの劣化判定ごとにキャパシタSSCのチャージ期間を異ならせる必要が生じる。時間管理の簡便化の観点から、放電抵抗R1及びR2の抵抗値は等しいことが好適である。 Note that, when charge is accumulated in the capacitor SSC at the time of determining deterioration of the insulation resistances RHp and RHn, which will be described later, a current passes through one of the discharge resistors R1 and R2. At this time, if the resistance values of the discharge resistors R1 and R2 are different, the time constant in the RC circuit is different, and the charge period of the capacitor SSC needs to be different for each deterioration determination of the insulation resistances RHp and RHn. From the viewpoint of simplification of time management, it is preferable that the resistance values of the discharge resistors R1 and R2 are equal.
本実施形態に係る検出回路14には、2つのバイパス配線24,26が設けられている。バイパス配線24(第1バイパス配線)は、接地配線28の合流点54と絶縁抵抗R3との間から第1及び第2負極側リレーSSR2,SSR4をバイパスしてバッテリ12の負極に接続される。バイパス配線24には、負極側から正極側に向かう方向を順方向とするツェナーダイオードZD1と、これとは対向するようにダイオードDD1が設けられる。後述するように、ツェナーダイオードZD1の降伏電圧は第1及び第2負極側リレーSSR2,SSR4の耐電圧未満となっており、車体BD3から高電圧が印加された際、第1及び第2負極側リレーSSR2,SSR4の耐電圧に達する前にツェナーダイオードZD1が降伏電圧に達して導通状態となる。その結果第1及び第2負極側リレーSSR2,SSR4への高電圧印加が回避される。
The
バイパス配線26(第2バイパス配線)は、第1正極側及び負極側リレーSSR1,SSR2ならびに第2正極側及び負極側リレーSSR3,SSR4よりもキャパシタSSC寄りに、キャパシタSSCと並列接続される。バイパス配線26には対向してツェナーダイオードZD21,ZD22が設けられる。
The bypass wiring 26 (second bypass wiring) is connected in parallel to the capacitor SSC closer to the capacitor SSC than the first positive electrode side and negative electrode side relays SSR1, SSR2 and the second positive electrode side and negative electrode side relays SSR3, SSR4. Zener diodes ZD21 and ZD22 are provided opposite to the
キャパシタSSCにツェナーダイオードZD21,ZD22が並列接続されているので、キャパシタSSCの上限電圧はツェナーダイオードZD21,ZD22の降伏電圧となる。本実施形態に係る電源システム10では、ツェナーダイオードZD21,ZD22の降伏電圧が所定のリレー保護電圧以下となるように設定されており、キャパシタSSCの蓄電時の上限電圧はこのリレー保護電圧以下に抑えられる。キャパシタSSCの上限電圧を抑えることで、周辺のリレーSSR1〜SSR4に過大な電圧が印加されるのを回避できる。
Since the Zener diodes ZD21 and ZD22 are connected in parallel to the capacitor SSC, the upper limit voltage of the capacitor SSC is the breakdown voltage of the Zener diodes ZD21 and ZD22. In the
なお、ツェナーダイオードZD21,ZD22とで降伏電圧が異なると、チャージ極性に応じてキャパシタSSCのチャージ電圧の上限値が異なることになる。そうなるとチャージ極性に応じて判定値を異ならせるなど、絶縁抵抗の劣化判定プロセスが煩雑になる。そこで、ツェナーダイオードZD21,ZD22の降伏電圧は等しいことが好適である。 Note that if the breakdown voltage differs between the Zener diodes ZD21 and ZD22, the upper limit value of the charge voltage of the capacitor SSC differs depending on the charge polarity. In this case, the process of determining the deterioration of the insulation resistance becomes complicated, for example, the determination value is varied according to the charge polarity. Therefore, it is preferable that the breakdown voltages of the Zener diodes ZD21 and ZD22 are equal.
<通常時の検出回路の動作>
図2,図3には、検出回路14によるバッテリ12の電圧検出時の動作が例示されている。まず、図2のように、第1正極側リレーSSR1及び第1負極側リレーSSR2をオン状態とし、第2正極側リレーSSR3及び第2負極側リレーSSR4をオフ状態とする。このとき、図2の破線で示すように、バッテリ12→第1正極側リレーSSR1→キャパシタSSC→第1負極側リレーSSR2→バッテリ12との電流の流れが形成され、バッテリ12によってキャパシタSSCに電荷がチャージされる。
<Normal detection circuit operation>
2 and 3 illustrate the operation when the
次に、図3のように、第1正極側リレーSSR1及び第1負極側リレーSSR2をオフ状態とし、第2正極側リレーSSR3及び第2負極側リレーSSR4をオン状態とする。このとき、図3の破線で示すように、キャパシタSSC→第2正極側リレーSSR3→電圧センサ22→第2負極側リレーSSR4→キャパシタSSCとの電流の流れが形成され、電圧センサ22によってバッテリ12の電圧が計測される。さらに破線の流れとは並列にキャパシタSSCから放電抵抗R1,R2に電流が流れることでキャパシタSSCの電荷が0になる。
Next, as shown in FIG. 3, the first positive electrode side relay SSR1 and the first negative electrode side relay SSR2 are turned off, and the second positive electrode side relay SSR3 and the second negative electrode side relay SSR4 are turned on. At this time, as indicated by a broken line in FIG. 3, a current flow is formed as follows: capacitor SSC → second positive side relay SSR3
図4には、絶縁抵抗RHpの劣化判定時の動作が例示されている。第1正極側リレーSSR1をオフ状態とし、第1負極側リレーSSR2をオン状態とする。また、第2正極側リレーSSR3をオン状態とし、第2負極側リレーSSR4をオフ状態とする。このとき、破線で示すように、絶縁抵抗RHp→車体BD1→車体BD3→絶縁抵抗R3→放電抵抗R2→第2正極側リレーSSR3→キャパシタSSC→第1負極側リレーSSR2→バッテリ12→ダイオード44→絶縁抵抗RHpとの電流の流れが形成される。これに伴ってキャパシタSSCに電荷が蓄積される。その後、図3のように各リレーSSR1〜SSR4のオンオフ状態を切り替えてキャパシタSSCの電圧を計測し、絶縁抵抗RHpの劣化状態が判定される。
FIG. 4 illustrates an operation when determining the deterioration of the insulation resistance RHp. The first positive relay SSR1 is turned off, and the first negative relay SSR2 is turned on. Further, the second positive side relay SSR3 is turned on, and the second negative side relay SSR4 is turned off. At this time, as indicated by a broken line, insulation resistance RHp → vehicle body BD1 → vehicle body BD3 → insulation resistance R3 → discharge resistance R2 → second positive relay SSR3 → capacitor SSC → first negative relay SSR2 →
図5には、絶縁抵抗RHnの劣化判定時の動作が例示されている。第1正極側リレーSSR1をオン状態とし、第1負極側リレーSSR2をオフ状態とする。また、第2正極側リレーSSR3をオフ状態とし、第2負極側リレーSSR4をオン状態とする。このとき、破線で示すように、絶縁抵抗RHn→バッテリ12→第1正極側リレーSSR1→キャパシタSSC→第2負極側リレーSSR4→放電抵抗R1→絶縁抵抗R3→車体BD3→車体BD2→絶縁抵抗RHnとの電流の流れが形成される。これに伴ってキャパシタSSCに電荷が蓄積される。その後、図3のように各リレーSSR1〜SSR4のオンオフ状態を切り替えてキャパシタSSCの電圧を計測し、絶縁抵抗RHnの劣化状態が判定される。
FIG. 5 illustrates an operation when determining the deterioration of the insulation resistance RHn. The first positive relay SSR1 is turned on, and the first negative relay SSR2 is turned off. Further, the second positive side relay SSR3 is turned off, and the second negative side relay SSR4 is turned on. At this time, as indicated by a broken line, the insulation resistance RHn → the
なお、図5では、スイッチング素子36,42がオフ状態であるなど、昇降圧コンバータ18が昇圧を行っておらず、バッテリ12の電圧が車体BD2よりも高い場合の電流の流れが示されている。昇降圧コンバータ18が昇圧中であって、バッテリ12の電圧が車体BD2よりも低くなると、図6に示すように、電流の流れは逆になり、キャパシタSSCのチャージ極性は逆になる。
FIG. 5 shows the flow of current when the step-up / step-
<絶縁抵抗劣化時の検出回路の動作>
図7には、絶縁抵抗RHpの劣化時に、図3のようにキャパシタSSCの電圧を電圧センサ22で計測するときの電流の流れが示されている。リレーSSR1〜SSR4のオンオフ状態は図3と同様(SSR1:オフ、SSR2:オフ、SSR3:オン、SSR4:オン)である。また、昇降圧コンバータ18は稼働中(昇圧中)であるものとする。
<Operation of detection circuit when insulation resistance deteriorates>
FIG. 7 shows a current flow when the
このとき、車体BD1及びBD3を介して昇降圧コンバータ18の昇圧電圧が検出回路14に印加される。車体BD3の電位がツェナーダイオードZD1の降伏電圧を超過することから、ツェナーダイオードZD1は導通状態となる。ツェナーダイオードZD1と並列関係にありオフ状態の第1負極側リレーSSR2の両端電圧はツェナーダイオードZD1の降伏電圧以下となり、昇圧電圧の印加が免れる。
At this time, the boosted voltage of the step-up / down
<ツェナーダイオードの降伏電圧の設定>
図7のような動作状態に基づいた、ツェナーダイオードZD1とツェナーダイオードZD21(及びZD22)の降伏電圧の設定について、図8を用いて説明する。この図では、図7と同様、第2正極側及び負極側リレーSSR3,SSR4がオン状態であり、第1正極側及び負極側リレーSSR1,SSR2がオフ状態となっている。またツェナーダイオードZD22の図示を省略している。
<Setting of Zener diode breakdown voltage>
The setting of the breakdown voltage of the Zener diode ZD1 and the Zener diode ZD21 (and ZD22) based on the operation state as shown in FIG. 7 will be described with reference to FIG. In this figure, as in FIG. 7, the second positive electrode side and negative electrode side relays SSR3, SSR4 are in the on state, and the first positive electrode side and negative electrode side relays SSR1, SSR2 are in the off state. Further, the Zener diode ZD22 is not shown.
このとき、絶縁抵抗RHpまたはRHnが劣化状態にあり、昇降圧コンバータ18が稼働中であると、車体BD3の電圧は昇降圧コンバータ18の昇圧電圧VHと等しくなる。また、接地配線28とバイパス配線24の接続点56における電位は、ツェナーダイオードZD1の降伏電圧V1(<VH)と等しくなる。
At this time, if the insulation resistance RHp or RHn is in a deteriorated state and the buck-
さらにキャパシタSSCに電荷がチャージされている場合、その上限電圧はツェナーダイオードZD21の降伏電圧V2となる。このとき、放電抵抗R1及びR2の抵抗値が等しいとすると、放電抵抗R1及びR2の端子電圧はともにV2/2(V2×R2/(R1+R2)及びV2×R1/(R1+R2))となる。 Further, when the capacitor SSC is charged, the upper limit voltage is the breakdown voltage V2 of the Zener diode ZD21. At this time, assuming that the resistance values of the discharge resistors R1 and R2 are equal, the terminal voltages of the discharge resistors R1 and R2 are both V2 / 2 (V2 × R2 / (R1 + R2) and V2 × R1 / (R1 + R2)).
これらの電圧を加味すると、オフ状態の第1負極側リレーSSR2の両端に掛かる電圧は(V1+V2/2)となる。この電圧が第1負極側リレーSSR2の耐電圧未満となれば、第1負極側リレーSSR2のオン故障が免れる。つまり、第1負極側リレーSSR2の耐電圧をVuとすると、ツェナーダイオードZD21(及びZD22)に対するリレー保護電圧は、2(Vu−V1)未満となる。 Taking these voltages into account, the voltage applied to both ends of the first negative-side relay SSR2 in the off state is (V1 + V2 / 2). If this voltage is less than the withstand voltage of the first negative relay SSR2, the on failure of the first negative relay SSR2 is avoided. That is, when the withstand voltage of the first negative relay SSR2 is Vu, the relay protection voltage for the Zener diode ZD21 (and ZD22) is less than 2 (Vu−V1).
例えば第1負極側リレーSSR2の耐電圧Vuが600Vであり、ツェナーダイオードZD1の降伏電圧を450Vとした場合、(450+V2/2)<600から、ツェナーダイオードZD21の降伏電圧(リレー保護電圧)は300V以下となる。 For example, when the withstand voltage Vu of the first negative side relay SSR2 is 600V and the breakdown voltage of the Zener diode ZD1 is 450V, the breakdown voltage (relay protection voltage) of the Zener diode ZD21 is 300V because (450 + V2 / 2) <600. It becomes as follows.
なお、ツェナーダイオードZD1,ZD21,ZD22のいずれも、降伏電圧が過度に低いとキャパシタSSCのチャージが十分に行えないことから、所定の下限値(例えば200V)以上の降伏電圧を有することが好適である。 It is preferable that the Zener diodes ZD1, ZD21, and ZD22 have a breakdown voltage that is equal to or higher than a predetermined lower limit value (for example, 200 V) because the capacitor SSC cannot be sufficiently charged if the breakdown voltage is excessively low. is there.
また、キャパシタSSCはツェナーダイオードZD21,ZD22と並列接続されていることから、バッテリ12の電圧計測や絶縁抵抗RHp,RHnの劣化判定は、ツェナーダイオードZD21,ZD22の降伏電圧以下の範囲で行うことが好適である。例えば、キャパシタSSCへの印加電圧が高いほどキャパシタSSCの端子電圧の増加率(dV/dt)が高いことを利用して、キャパシタSSCへのチャージ開始時点から所定のチャージ時間経過時点におけるキャパシタSSCの端子電圧をもとに、バッテリ12の電圧計測や絶縁抵抗RHp,RHnの劣化判定を行ってもよい。所定のチャージ時間とは、例えば、満充電状態のバッテリ12によりキャパシタSSCを充電させるに当たり、キャパシタSSCの電荷が空の状態からキャパシタSSCの端子電圧がツェナーダイオードZD21,ZD22の降伏電圧に到達するまでの時間であってよい。
Further, since the capacitor SSC is connected in parallel with the Zener diodes ZD21 and ZD22, the voltage measurement of the
<第2実施形態>
図1〜図8に示した検出回路14は、バッテリ12の正負両端にのみ接続されていたが、この形態に限らない。例えば図9に示すように、複数の単電池をいくつかのバッテリユニット12A,12B・・・に分けてそれぞれの電圧を測定してもよい。この場合、バッテリユニット12Aの正極端に正極側リレーSSR1を接続するとともに負極端に負極側リレーSSR5を接続する。またバッテリユニット12Bの正極端に正極側リレーSSR6を接続するとともに負極端に負極側リレーSSR2を接続する。正極側リレーSSR1及び負極側リレーSSR5をオンにすることでバッテリユニット12AからキャパシタSSCに電荷が蓄積される。また、正極側リレーSSR6及び負極側リレーSSR2をオンにすることでバッテリユニット12BからキャパシタSSCに電荷が蓄積される。それ以外のリレー動作は図3〜図7と同様である。
Second Embodiment
Although the
10 電源システム、12 バッテリ、14 検出回路、18 昇降圧コンバータ、22 電圧センサ、24 第1バイパス配線、26 第2バイパス配線、28 接地配線、46 バッテリ−キャパシタ間正極配線、48 バッテリ−キャパシタ間負極配線、50 キャパシタ−電圧センサ間正極配線、52 キャパシタ−電圧センサ間負極配線、BD1〜BD3 車体、R1,R2 放電抵抗、RHp,RHn 絶縁抵抗、SSC キャパシタ、SSR1 第1正極側リレー、SSR2 第1負極側リレー、SSR3 第2正極側リレー、SSR4 第2負極側リレー、V1 第1ツェナーダイオードの降伏電圧、V2 第2ツェナーダイオードの降伏電圧、VH 昇圧電圧、Vu 第1正極側リレーの耐電圧、ZD1 第1ツェナーダイオード、ZD21,ZD22 第2ツェナーダイオード。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
バッテリと、
絶縁抵抗を介して車体に支持され、前記バッテリの電圧を昇圧させる昇圧コンバータと、
前記バッテリに並列に接続されたキャパシタと、
前記バッテリ及びキャパシタに並列に接続された電圧センサと、
前記バッテリとキャパシタを接続する正極配線及び負極配線にそれぞれ設けられた第1正極側リレー及び第1負極側リレーと、
前記キャパシタと電圧センサを接続する正極配線及び負極配線にそれぞれ設けられた第2正極側リレー及び第2負極側リレーと、
前記キャパシタと電圧センサを接続する正極配線及び負極配線の、前記第2正極側リレー及び第2負極側リレーと前記電圧センサとの間から分岐して放電抵抗を介して車体に接続された接地配線と、
を備え、
前記接地配線から前記第1及び第2負極側リレーをバイパスして前記バッテリの負極に接続された第1バイパス配線に設けられ、前記第1及び第2負極側リレーの耐電圧未満となる降伏電圧を有する第1ツェナーダイオードと、
前記第1正極側及び負極側リレーならびに前記第2正極側及び負極側リレーよりも前記キャパシタ寄りに、当該キャパシタと並列接続された第2バイパス配線に設けられ、所定のリレー保護電圧以下となる降伏電圧を有する第2ツェナーダイオードと、
を備えることを特徴とする、車両用電源システム。 A vehicle power supply system,
Battery,
A boost converter that is supported by the vehicle body via an insulation resistor and boosts the voltage of the battery;
A capacitor connected in parallel to the battery;
A voltage sensor connected in parallel to the battery and capacitor;
A first positive electrode side relay and a first negative electrode side relay respectively provided on a positive electrode wiring and a negative electrode wiring connecting the battery and the capacitor;
A second positive electrode side relay and a second negative electrode side relay provided respectively in the positive electrode wiring and the negative electrode wiring connecting the capacitor and the voltage sensor;
A ground wiring that branches from between the second positive side relay, the second negative side relay and the voltage sensor, and is connected to the vehicle body via a discharge resistor, in the positive and negative wirings connecting the capacitor and the voltage sensor. When,
With
A breakdown voltage that is provided in a first bypass wiring connected to the negative electrode of the battery by bypassing the first and second negative relays from the ground wiring and is less than a withstand voltage of the first and second negative relays A first Zener diode having:
A breakdown that is provided in a second bypass wiring connected in parallel to the capacitor closer to the capacitor than the first positive electrode side and negative electrode side relay and the second positive electrode side and negative electrode side relay, and is equal to or lower than a predetermined relay protection voltage. A second Zener diode having a voltage;
A vehicle power supply system comprising:
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