JP6391619B2 - 劣化特定装置および劣化特定方法 - Google Patents

Description

本発明は、劣化特定装置および劣化特定方法に関する。

従来、例えばハイブリッド自動車や電気自動車などの車両は、動力源たるモータに対して電力を供給する電源を備える。上記電源は、車体と絶縁されるように構成されているため、車両には、電源の絶縁状態を監視する監視装置、換言すれば、電源の絶縁抵抗の劣化を検出する監視装置が搭載される。

このような監視装置としては、パルスを印加して絶縁抵抗が劣化している部位を判定するパルス印加方式を用いた監視装置が知られている。具体的には、監視装置は、車両のイグニッションがオフになると、マイコン等でパルスを生成して、電池の負極（総マイナス）に印加する。このように印加されると、絶縁抵抗、車両ボディーのＧＮＤ（グランド）を介して電流が流れる。そして、絶縁抵抗が低下しているとパルスの波高値が低下するので、監視装置は、異常を検知できる。また、監視装置は、各アクチュエータを接続または遮断するスイッチを切り替えることで、絶縁抵抗が劣化している部位を判定する。

特開２０１２−２０２７２３号公報 特開２００８−１６７６１７号公報 特開２０１３−２３６４８６号公報

しかしながら、上記技術では、車両のイグニッションが停止した後に、異常部位を特定するので、効率が悪い。

例えば、状況によっては、車両のイグニッションを停止させた後にすぐにイグニッションを起動させることもあるが、この場合、絶縁抵抗の劣化部位を特定できない。また、車両の走行中に電源の絶縁状態に異常を検知した場合でも、車両が停止するまで絶縁抵抗の劣化部位を特定できない。このため、異常を検知した状況と詳細判定の状況とが異なることになり、劣化の原因が特定できず、再発する可能性が高くなる。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、異常部位を効率よく特定することができる劣化特定装置および劣化特定方法を提供することを目的とする。

本願の開示する劣化特定装置は、一つの態様において、絶縁された電源に接続されて充放電を行うキャパシタと、前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路で充電されたときの前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された前記キャパシタの電圧が所定範囲内であるか否かによって、異常部位を特定する特定部とを備える。

本願の開示する劣化特定装置および劣化特定方法の一つの態様によれば、異常部位を効率よく特定することができる。

図１は、実施形態に係る電源監視装置を含む充放電システムの構成例を示すブロック図である。 図２は、車両システムを説明する図である。 図３は、電源監視装置の構成例を示すブロック図である。 図４は、電圧検出回路部の構成例を示す図である。 図５は、組電池の正極側の絶縁抵抗Ｒｐの劣化を検出する際の充電経路を示す図である。 図６は、充電されたキャパシタの放電を行う放電経路を示す図である。 図７は、組電池の負極側の絶縁抵抗Ｒｎの劣化を検出する際の充電経路を示す図である。 図８は、モータ部を説明する図である。 図９は、地絡判定の閾値を説明する図である。 図１０は、劣化検出処理の処理手順の一部を示すフローチャートである。 図１１は、異常部位特定処理の処理手順の一部を示すフローチャートである。 図１２は、劣化検出処理および異常部位特定処理のタイムチャートである。

以下に、本願の開示する（発明の名称）の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

＜１．充放電システムの構成＞
図１は、実施形態に係る電源監視装置を含む充放電システムの構成例を示すブロック図である。充放電システム１は、例えば、図示しないハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、および、燃料電池自動車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）等の車両に搭載される。充放電システム１は、車両の動力源たるモータに対して電力を供給する電源の充放電等を行うシステムである。

詳しくは、充放電システム１は、組電池１０と、電源監視システム２０と、車両制御装置３０と、モータ部４０と、電圧変換器５０と、フェールセーフ用リレー６０とを備える。また、電源監視システム２０は、モニタＩＣ（Integrated Circuit）２１等を有する複数のサテライト基板２２と、電源監視装置２３とを備える。

組電池１０は、図示しない車体と絶縁された電源（バッテリ）であり、複数のブロック１１により構成される。１つのブロック１１は、直列に接続された複数、例えば２個の電池スタック１２を備える。また、１つの電池スタック１２は、例えば直列に接続された複数の電池セル１３を備える。

なお、ブロック１１、電池スタック１２および電池セル１３の個数は、上記あるいは図示のものに限定されない。また、上記した組電池１０としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などを用いることができるが、これに限定されるものではない。

複数の電池セル１３はそれぞれ、サテライト基板２２に設けられたモニタＩＣ２１に電気的に接続される。そして、各電池セル１３の電圧は、モニタＩＣ２１によって検出される。なお、モニタＩＣ２１は、第１モニタＩＣ２１ａおよび第２モニタＩＣ２１ｂの複数あり、第１、第２モニタＩＣ２１ａ，２１ｂがそれぞれ、１つの電池スタック１２分の電池セル１３の電圧を検出する。

電源監視装置２３は、導線Ｌ２を介して後述するキャパシタへ充電される電圧値を測定することにより、電源監視システム２０が有する絶縁抵抗（後述）の劣化を検出するが、これについては後に説明する。例えば、絶縁抵抗の劣化とは、絶縁抵抗の抵抗値が低下して組電池１０の漏電が生じていることを含む。また、電源監視装置２３は、モニタＩＣ２１に対して電圧検出要求を送信して複数の電池セル１３のそれぞれの個別電圧を検出させ、通信ラインＬ１を介して検出結果を受信することで、電池セル１３の電圧を監視することもできる。

なお、電源監視装置２３は、モニタＩＣ２１が正常に動作しているか否かを判定する機能も有していることが好ましい。具体的には、例えば、電源監視装置２３は、モニタＩＣ２１から受信した各電池セル１３の個別電圧を加算して得たスタック電圧と、直接検出したスタック電圧とを比較し、両者の差が許容値より大きい場合にモニタＩＣ２１が異常であると判定する。そして、電源監視装置２３は、モニタＩＣ２１が異常であると判定された場合、例えばフェールセーフ用リレー６０を切り離して、電池セル１３に対する充放電が行われないようにしてもよい。

車両制御装置３０は、組電池１０の充電状態に応じて組電池１０に対する充放電を行って車両制御する。具体的には、車両制御装置３０は、電圧変換器５０を用いて組電池１０に充電された電圧を直流から交流の電圧に変換し、変換した電圧をモータ部４０へ供給してモータ部４０を駆動させる。これにより、組電池１０は放電されることとなる。

また、車両制御装置３０は、モータ部４０の回生制動によって発電した電圧を電圧変換器５０で交流から直流の電圧に変換し、組電池１０へ供給する。これにより、組電池１０は充電されることとなる。このように、車両制御装置３０は、電源監視装置２３から取得した組電池１０の充電状態に基づいて組電池１０の電圧を監視し、監視結果に応じた制御を実行する。

また、車両制御装置３０は、電源監視装置２３によって取得されたキャパシタの電圧が所定範囲内であるか否かによって、異常部位を特定する。詳細は後述するが、例えば、車両制御装置３０は、キャパシタの電圧が所定の負電圧値の範囲内である場合、組電池１０から電気の供給を受けて駆動するモータ部４０を異常部位と特定する。

＜２．接続部位の構成＞
次に、車両制御装置３０が絶縁異常を検出した場合に、異常箇所として特定する対象となる部位について説明する。図１に示した電源監視システム２０、リレー６０、電圧変換器５０、モータ部４０を含む車両システムの詳細な接続構成について説明する。図２は、車両システムを説明する図である。

図２に示すように、車両システムは、電源監視システム２０、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）４１、エアコン部４２、モータ部４０を有する。電源監視システム２０と、ＰＣＵ４１、エアコン部４２、モータ部４０とは、システムメインリレー（ＳＭＲ）で接続される。

ＰＣＵ４１は、ＤＣ−ＤＣ変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）の一種である昇圧コンバータを備え、入力電圧よりも高い電圧で出力を得るための回路である。エアコン部４２は、内部にインバータを有し、インバータによって電源監視システム２０への接続を制御する。モータ部４０は、モータであるＭＧ（Ａ）とＭＧ（Ｂ）とが各々接続される第１ゲート回路４１ａ、４１ｂと第２ゲート回路４２ａ、４２ｂとを有し、このインバータのゲート駆動は、（第１ゲート回路４１ａ、４１ｂがＯＮ）：（第２ゲート回路４２ａ、４２ｂがＯＮ）＝５０：５０である。

＜３．電源監視装置の構成＞
次に、電源監視装置２３の構成について説明する。図３は、電源監視装置２３の構成例を示すブロック図である。なお、図３では、サテライト基板２２や通信ラインＬ１などを省略している。また、図３では、理解の便宜のため、複数のブロック１１のうちの１つを示すとともに、以下では、ブロック１１における２個の電池スタック１２のうちの一方を「第１スタック１２ａ」、他方を「第２スタック１２ｂ」と記載する場合がある。

電源監視装置２３は、例えば電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）であり、図３に示すように、電圧検出回路部２４と、Ａ／Ｄ変換部２５と、制御部２６とを備える。電圧検出回路部２４は、各スタック電圧の検出や絶縁抵抗の劣化検出などを行うための回路を備える。

そこで、本実施形態に係る電源監視装置２３では、装置の構成を簡素化してコストの増加を抑制しつつ、絶縁抵抗の劣化検出を行い、車両が走行中であっても絶縁劣化の部位を特定できるようにした。以下、電源監視装置２３の構成についてさらに詳しく説明する。

図４は、電源監視装置２３の電圧検出回路部２４の構成例を示す図である。図４に示すように、電圧検出回路部２４は、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２と、第１スイッチＳ１〜第６スイッチＳ６と、切替スイッチＳ７、第１抵抗Ｒ１〜第７抵抗Ｒ７とを備える。また、組電池１０は、正極側に絶縁抵抗Ｒｐを備え、負極側に絶縁抵抗Ｒｎを備える。なお、本実施例では、キャパシタを２つ有する例で説明するが、これに限定されるものではなく、１つだけであってもよい。

かかる電圧検出回路部２４では、フライングキャパシタ方式が適用され、後述するように、第１キャパシタＣ１を各スタック１２ａ，１２ｂの電圧で充電した後、第１キャパシタＣ１の電圧を各スタック１２ａ，１２ｂの電圧として検出している。なお、電圧検出回路部２４は、スタックの電圧に限らず、複数セルの集まりであるブロックの電圧を検出してもよい。

具体的には、電圧検出回路部２４は、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２を介して充電側回路と放電側回路とに分かれている。なお、以下では、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２を総称して「キャパシタＣ」と記載する場合がある。

充電側回路は、組電池１０の各スタック１２ａ，１２ｂとキャパシタＣとが接続され、各スタック１２ａ，１２ｂの電圧をキャパシタＣに充電する経路を含む部分である。また、放電側回路は、キャパシタＣに充電された電圧を放電する経路を含む部分である。

そして、各スイッチＳ１〜Ｓ７のオン／オフが制御されることで、キャパシタＣへの充電および放電が制御される。なお、上記した各スイッチＳ１〜Ｓ７としては、例えばソリッドステートリレー（ＳＳＲ：Solid State Relay）を用いることができるが、これに限定されるものではない。また、第１抵抗Ｒ１〜第７抵抗Ｒ７は、キャパシタＣの電圧を検出するための電圧検出用抵抗である。

電圧検出回路部２４の充電側回路は、キャパシタＣに対して、第１スタック１２ａおよび第２スタック１２ｂの各々が並列に接続されている。すなわち、キャパシタＣの両端は、第１スタック１２ａの正極および負極に接続されるとともに、第２スタック１２ｂの正極および負極とも接続されている。

また、第１スタック１２ａの正極側とキャパシタＣとの間には、第１抵抗Ｒ１、第１スイッチＳ１および第５抵抗Ｒ５が直列に設けられ、第１スタック１２ａの負極側とキャパシタＣとの間には、第２抵抗Ｒ２および第２スイッチＳ２が直列に設けられている。

また、第２スタック１２ｂの正極側とキャパシタＣとの間には、第３抵抗Ｒ３、第３スイッチＳ３および第５抵抗Ｒ５が直列に設けられ、第２スタック１２ｂの負極側とキャパシタＣとの間には、第４抵抗Ｒ４および第４スイッチＳ４が直列に設けられている。

電圧検出回路部２４の放電側回路には、第１スタック１２ａおよび第２スタック１２ｂの正極側の経路に第５スイッチＳ５が設けられ、第５スイッチＳ５の一端とキャパシタＣとの間に第５抵抗Ｒ５が設けられている。また、第１、第２スタック１２ａ，１２ｂの負極側の経路には、第６スイッチＳ６が設けられ、第６スイッチＳ６の一端がキャパシタＣに接続されている。

そして、第５スイッチＳ５の他端は、Ａ／Ｄ変換部２５に接続されるとともに、途中で分岐して第６抵抗Ｒ６を介して車体ＧＮＤに接続されている。また、第６スイッチＳ６の他端は、第７抵抗Ｒ７を介して車体ＧＮＤに接続されている。なお、車体ＧＮＤは、接地点の一例である。

Ａ／Ｄ変換部２５は、電圧検出回路部２４の接続点Ａにおける電圧を示すアナログ値をデジタル値へ変換し、変換されたデジタル値を制御部２６へ出力する。

次いで、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２について詳説する。上記した各スタック１２ａ，１２ｂの電圧検出の処理は、比較的短い時間で完了することが望ましいことから、電圧検出に用いられるキャパシタにおいては、短時間で充電可能なように、静電容量は比較的小さい方が好ましい。

他方、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出に用いられるキャパシタにおいては、静電容量は比較的大きい方が好ましい。すなわち、車両には設計時に意図されない浮遊容量が存在する。絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出の際に、かかる浮遊容量の影響を受けると、キャパシタの電圧を正確に検出することができないおそれがあり、劣化検出の精度が低下する場合がある。従って、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出に用いられるキャパシタの静電容量を比較的大きくして、全体の容量に対する浮遊容量の影響を低減させることが好ましい。

そこで、本実施形態では、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２を以下のように構成することとした。詳しくは、第１キャパシタＣ１は、第５抵抗Ｒ５に直列に接続されている。第２キャパシタＣ２は、切替スイッチＳ７に直列に接続されている。

また、第２キャパシタＣ２および切替スイッチＳ７は、第１キャパシタＣ１に並列に接続されている。従って、切替スイッチＳ７のオン／オフを制御することで、充電側回路および放電側回路において接続されるキャパシタを容易に切り替えることができ、よって各回路における全体の静電容量を可変にすることができる。

具体的には、例えば各スタック１２ａ，１２ｂの電圧検出の処理の際、切替スイッチＳ７がオフされると、充電側回路および放電側回路では、第１キャパシタＣ１のみが接続されるため、比較的小さい静電容量で処理が行われることとなる。

一方、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出の処理の際、切替スイッチＳ７がオンされると、充電側回路および放電側回路では、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２が接続されるため、比較的大きい静電容量で処理が行われることとなる。なお、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出の処理の際、切替スイッチＳ７をオフにして、第１キャパシタＣ１のみを用いた充電側回路および放電側回路を形成して処理することができる。

ここで、第２キャパシタＣ２の静電容量は、浮遊容量よりも大きい値とする。例えば、第２キャパシタＣ２の静電容量は、車両の浮遊容量の数十倍である。

これにより、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出に用いられるキャパシタの静電容量、すなわち、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２の合成容量をより一層大きくすることが可能となり、よって全体の容量に対する浮遊容量の影響をより低減させることができる。このように、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２は、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出に用いられる。

また、電圧検出回路部２４の回路には、図４に示すように、上記した組電池１０の正極側の絶縁抵抗Ｒｐと負極側の絶縁抵抗Ｒｎとが設けられている。なお、これら各絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎは、実装された抵抗と、車体ＧＮＤに対する絶縁を仮想的に表した抵抗との合成抵抗を示しているが、ここでは、実装した抵抗、仮想的な抵抗のいずれであるかを問わない。

各絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの抵抗値は、正常時にはほとんど通電することが無い程度に十分に大きい値、例えば数ＭΩとされる。但し、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎが劣化した異常時には、例えば組電池１０が車体ＧＮＤなどと短絡して、あるいは短絡に近い状態となって通電してしまう程度の抵抗値に低下する。

ここで、組電池１０の絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化を検出するために行われる、キャパシタＣ（すなわち第１キャパシタＣ１）の充電および放電について図５〜図７を参照して説明する。

図５は、組電池１０の正極側の絶縁抵抗Ｒｐの劣化を検出する際の充電経路を示す図である。また、図６は、充電されたキャパシタＣの放電を行う放電経路を示す図であり、図７は、組電池１０の負極側の絶縁抵抗Ｒｎの劣化を検出する際の充電経路を示す図である。

先ず、正極側の絶縁抵抗Ｒｐの劣化を検出する場合は、図５に示すように、第４スイッチＳ４、第５スイッチＳ５がオンされ、他のスイッチＳ１〜Ｓ３，Ｓ６，Ｓ７がオフされる。これにより、第１スタック１２ａの正極側は、絶縁抵抗Ｒｐ、第６抵抗Ｒ６、第５スイッチＳ５、第１キャパシタＣ１、第４スイッチＳ４、第４抵抗Ｒ４および第２スタック１２ｂを介して第１スタック１２ａの負極側と接続される。

すなわち、第１、第２スタック１２ａ，１２ｂと第１キャパシタＣ１とを正極側の絶縁抵抗Ｒｐを介して結ぶ第１経路Ｐ１が形成される。この際、絶縁抵抗Ｒｐの抵抗値が正常である場合には、第１経路Ｐ１はほとんど導通せず、絶縁抵抗Ｒｐが劣化して抵抗値が低下していた場合には、第１経路Ｐ１は導通することとなる。

そして、第１経路Ｐ１が形成されてから所定時間が経過した後、キャパシタＣの電圧を放電させる。具体的には、図６に示すように、第４スイッチＳ４がオフされるとともに、第６スイッチＳ６がオンされる。これにより、電圧検出回路部２４には、放電経路たる第２経路Ｐ２が形成される。このときに検出される第１キャパシタＣ１の電圧を「電圧ＶＲｐ」とし、電圧ＶＲｐに基づいて絶縁抵抗Ｒｐの劣化を検出するが、これについては後述する。

負極側の絶縁抵抗Ｒｎの劣化を検出する場合は、図７に示すように、第１スイッチＳ１、第６スイッチＳ６がオンされ、他のスイッチＳ２〜Ｓ５，Ｓ７がオフされる。これにより、第１スタック１２ａの正極側は、第１抵抗Ｒ１、第１スイッチＳ１、第５抵抗Ｒ５、第１キャパシタＣ１、第６スイッチＳ６、第７抵抗Ｒ７、絶縁抵抗Ｒｎおよび第２スタック１２ｂを介して第１スタック１２ａの負極側と接続される。

すなわち、第１、第２スタック１２ａ，１２ｂと第１キャパシタＣ１とを負極側の絶縁抵抗Ｒｎを介して結ぶ第３経路Ｐ３が形成される。この際、絶縁抵抗Ｒｎの抵抗値が正常である場合には、第３経路Ｐ３はほとんど導通せず、絶縁抵抗Ｒｎが劣化して抵抗値が低下していた場合には、第３経路Ｐ３は導通することとなる。

そして、第３経路Ｐ３が形成されてから所定時間が経過した後、図６に示すように、キャパシタＣの電圧を放電させる。このときに検出される第１キャパシタＣ１の電圧を「電圧ＶＲｎ」とし、電圧ＶＲｎに基づいて絶縁抵抗Ｒｎの劣化を検出するが、これについては後述する。

なお、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出処理では、満充電に要するであろう時間よりも短い所定時間だけ充電を行い、その充電電圧を電圧ＶＲｐ，ＶＲｎとして用いて絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出を行う。

ところで、上述した絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出では、各電源スタックの正極側と負極側とのそれぞれに接続される第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第４スイッチ４が正常に動作していることが前提となる。つまり、上記電圧検出や劣化検出の処理の前に、これらの高圧側の各スイッチの状態を確認することが好ましい。

図３の説明に戻ると、電源監視装置２３の制御部２６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などを備えたマイクロコンピュータであり、電圧検出回路部２４やＡ／Ｄ変換部２５などを含む電源監視装置２３全体を制御する。

具体的には、制御部２６は、充電経路形成部２６ａと、放電経路形成部２６ｂと、電圧検出部２６ｃと、劣化検出部２６ｄとを備える。充電経路形成部２６ａは、図５や図７で説明したように、第１スイッチＳ１〜第６スイッチＳ６および切替スイッチＳ７を制御して、充電経路である第１経路Ｐ１や第３経路Ｐ３を形成する。放電経路形成部２６ｂは、図６で説明したように、第１スイッチＳ１〜第６スイッチＳ６および切替スイッチＳ７を制御して、放電経路である第２経路Ｐ２を形成する。

なお、第１スイッチＳ１〜第６スイッチＳ６および切替スイッチＳ７のスイッチングパターンは、ＲＡＭおよびＲＯＭなどの記憶部に予め記憶させておくものとする。そして、充電経路形成部２６ａと放電経路形成部２６ｂは、適宜なタイミングで記憶部からスイッチングパターンを読み出すことによって、充電経路または放電経路を形成する。

電圧検出部２６ｃは、放電経路形成部２６ｂによって放電経路が形成されると、充電された第１キャパシタＣ１等の電圧をＡ／Ｄ変換部２５を介して検出する。電圧検出部２６ｃは、上記した電圧ＶＲｐ，ＶＲｎを検出するものとする。また、電圧検出部２６ｃは、検出した電圧ＶＲｐ，ＶＲｎを劣化検出部２６ｄや車両制御装置３０へ出力する。

劣化検出部２６ｄは、第１キャパシタＣ１の電圧ＶＲｐ，ＶＲｎに基づいて、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化を検出する。具体的には、絶縁抵抗Ｒｐや絶縁抵抗Ｒｎが劣化しておらず抵抗値が低下していない場合は、第１キャパシタＣ１はほとんど充電されないか、あるいは充電されたとしても十分に小さい電圧が充電される。したがって、劣化検出部２６ｄは、電圧ＶＲｐや電圧ＶＲｎを、比較的低い値に予め設定されたしきい値Ｖａと比較する。

そして、劣化検出部２６ｄは、第１キャパシタＣ１の電圧ＶＲｐがしきい値Ｖａ以上となった場合、絶縁抵抗Ｒｐの劣化を検出する、言い換えれば、絶縁抵抗Ｒｐに異常が生じていると判定する。他方、劣化検出部２６ｄは、電圧ＶＲｐがしきい値Ｖａ未満の場合、絶縁抵抗Ｒｐに劣化はない、言い換えれば、絶縁抵抗Ｒｐは正常であると判定する。

同様に、劣化検出部２６ｄは、電圧ＶＲｎがしきい値Ｖａ以上となった場合、絶縁抵抗Ｒｎの劣化を検出する一方、電圧ＶＲｎがしきい値Ｖａ未満の場合、絶縁抵抗Ｒｎに劣化はないと判定する。なお、上記では、電圧ＶＲｎ，ＶＲｐと比較する値を同じしきい値Ｖａとしたが、これに限られず、互いに異なる値に設定されたしきい値を用いてもよい。

そして、劣化検出部２６ｄは、上記した絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化状態の結果を示す情報を車両制御装置３０等へ出力する。そして、車両制御装置３０は、劣化状態に応じた異常部位の特定、車両制御、ユーザへの報知動作などを行う。

＜４．異常部位の特定＞
次に、劣化検出部２６ｄによって絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化状態が検出された場合に、車両制御装置３０が劣化部位（異常部位）を特定する処理を説明する。

車両制御装置３０は、車両が走行中に電源監視装置２３に対して、絶縁抵抗の劣化検出の開始を指示する。この指示を受けた電源監視装置２３が、上記電圧ＶＲｐ，ＶＲｎの検出を行い、絶縁抵抗ＲｐおよびＲｎの劣化を判定し、判定結果および測定電圧ＶＲｐ，ＶＲｎを車両制御装置３０に通知する。

そして、車両制御装置３０は、車両が走行中に、電源監視装置２３によって絶縁抵抗ＲｐおよびＲｎの異常が検出された場合、車両が停止する前に、異常部位の特定を開始する。

例えば、車両制御装置３０は、電源監視装置２３から絶縁抵抗Ｒｎの異常が通知されると、直前に測定された測定電圧ＶＲｎ（以降、保持電圧と記載する場合がある）を保持する。車両制御装置３０は、車両システムが有する各部位の接続を順次遮断し、遮断した状態で電源監視装置２３にＶＲｎを測定させる。そして、車両制御装置３０は、異常が検出された直前の保持電圧ＶＲｎと、各部位を遮断した状態のＶＲｎとを比較して、異常部位を特定する。

その一方で、車両制御装置３０は、電源監視装置２３にＶＲｎを測定させて、異常検知後の絶縁計測によるＶＲｎを取得する。そして、車両制御装置３０は、取得されたＶＲｎが所定の範囲内であるか否かによって、異常部位を特定する。

ここで、絶縁異常検知後の異常部位の特定について一例を説明する。例えば、車両制御装置３０は、車両が走行中に、インバータなどをオフにするなどを行って、エアコン部４２のゲートをオフにした状態で、電源監視装置２３にＶＲｎを測定させる。そして、車両制御装置３０は、保持電圧ＶＲｎと、絶縁異常検知後の絶縁計測時のＶＲｎとの差が閾値以上であれば、エアコン部４２を異常部位と特定する。

つまり、エアコン部４２が切断されているにも関わらず、第１キャパシタＣ１にチャージされる電圧の変化が小さい場合は、絶縁異常とエアコン部４２との関係性が低いと考えられる。したがって、車両制御装置３０は、絶縁異常時の保持電圧ＶＲｎと、エアコン部４２切断時のＶＲｎとの比較によって、エアコン部４２に異常があるか否かを判定できる。

続いて、車両制御装置３０は、エアコン部４２に異常がないと判定すると、エアコン部４２を再度起動した後、モータ部４０の異常を判定する。例えば、車両制御装置３０は、エアコン部４２に異常がないと判定した後、昇圧電圧（ＶＨ）が基準値以上になると、電源監視装置２３に絶縁異常の計測を行わせてＶＲｎを取得する。そして、車両制御装置３０は、計測された電圧ＶＲｎが所定の範囲内である場合に、モータ部４０を異常部位と特定する。

ここで、モータ部４０について説明する。図８は、モータ部４０を説明する図である。なお、図８は、説明上、図２に示した車両システムを簡略化している。ここでは、第１ゲート回路４１ａ、４１ｂをまとめて第１ゲート回路４１Ａと記載し、第２ゲート回路４２ａ、４２ｂをまとめて第２ゲート回路４１Ｂと記載する。図８に示すように、モータ部４０は、第１ゲート回路４１Ａと第２ゲート回路４２Ｂの電流経路を有し、走行中は所定割合でゲートを駆動させる。モータ部４０の電圧（ＶＨ）が昇圧中かつモータ部４０が正常駆動している場合、モータ部４０の地絡相の第１ゲート回路４１Ａがオンしているときには、ＲＨｐ地絡時と同等の経路が発生するので、昇圧状態にあれば、電源監視装置２３の第１キャパシタＣ１には負電圧がチャージされる。また、第２ゲート回路４２Ｂがオンしているときは、ＲＬｎ、ＲＨｎ地絡時と同等の経路が発生し、電源監視装置２３の第１キャパシタＣ１には正電圧がチャージされる。

つまり、通常駆動時、第１ゲート回路４１Ａと第２ゲート回路４２Ｂの接続割合が５０％となるが、第１ゲート回路４１Ａがオン時の昇圧電圧による負チャージ（図８のＰ４）が、第２ゲート回路４２Ｂがオン時の正チャージ（図８のＰ５）よりも大きいため、第１キャパシタＣ１には負電圧がチャージされる。また、このときにチャージされる負電圧は、ＲＨｐ地絡時よりも小さい。したがって、車両制御装置３０は、第１キャパシタＣ１にチャージされた負電圧が予め求めた負電圧範囲内にあれば、モータ部４０の地絡と判定することができる。

ここで、モータ部４０の地絡判定に用いる閾値について説明する。図９は、地絡判定の閾値を説明する図である。図９に示すグラフの縦軸はチャージされる電圧であり、横軸はモータ部４０の抵抗値であり、調査や実験等により予め求められるグラフである。図９に示すように、モータ部４０が地絡している場合、キャパシタのチャージ電圧は、０よりも小さい値となる。なお、数値等はあくまで一例である。

したがって、車両制御装置３０は、第１キャパシタＣ１にチャージされた電圧が図９のＱの範囲にあるときは、モータ部４０の地絡と判定することができる。このように、車両制御装置３０は、第１キャパシタＣ１にチャージされた電圧の値と、予め特定した図９のグラフとを比較することで、モータ部４０の異常やモータ部４０内の異常部位を特定することができる。

続いて、車両制御装置３０は、モータ部４０にも異常がないと判定した場合、車両のイグニッションがオフになるまで処理を待機させる。そして、車両制御装置３０は、車両が停止すると、システムメインリレーをオフにして、電源監視システム２０とＰＣＵ４１とを切断した後、電源監視装置２３に絶縁異常の計測を行わせてＶＲｎを取得する。

そして、車両制御装置３０は、保持電圧ＶＲｎと、システムメインリレーオフ後のＶＲｎとの差が閾値より大きければ、ＰＣＵ４１を異常部位と特定する。一方、車両制御装置３０は、保持電圧ＶＲｎと、システムメインリレーオフ後のＶＲｎとの差が閾値以内であれば、電源監視装置２３の電圧検出回路部２４を異常部位と特定する。

つまり、ＰＣＵ４１が切断されているにも関わらず、第１キャパシタＣ１にチャージされる電圧の変化が小さい場合は、絶縁異常とＰＣＵ４１との関係性が低いと考えられる。この場合、車両制御装置３０は、ＰＣＵ４１は正常動作中であり、電源監視装置２３の電圧検出回路部２４を異常部位と特定する。このように、車両制御装置３０は、車両停止後に、絶縁異常時の保持電圧ＶＲｎと、ＰＣＵ４１切断後のＶＲｎとの比較によって、異常部位をさらに絞り込むことができる。

＜５．劣化検出処理および異常部位特定処理の具体的動作＞
次に、以上のように構成された電源監視システム２０で行われる劣化検出処理の具体的な動作について図１０を参照して説明し、車両制御装置３０で行われる異常部位の特定処理について図１１を参照して説明する。図１０は、劣化検出処理の処理手順の一部を示すフローチャートであり、図１１は、異常部位特定処理の処理手順の一部を示すフローチャートである。

図１０に示すように、電源監視装置２３は、処理を開始すると、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５をオンにし（Ｓ１０１）、ｔ秒待機して、第１キャパシタＣ１へ電圧をチャージする（Ｓ１０２）。

その後、電源監視装置２３は、第４スイッチＳ４をオフにして（Ｓ１０３）、第６スイッチＳ６をオンにした後（Ｓ１０４）、電圧（ＶＲｐ）を検出する（Ｓ１０５）。

続いて、電源監視装置２３は、全スイッチをオフにした後（Ｓ１０６）、第１スイッチＳ１と第６スイッチＳ６をオンにし（Ｓ１０７）、ｔ秒待機して、第１キャパシタＣ１へ電圧をチャージする（Ｓ１０８）。

その後、電源監視装置２３は、第１スイッチＳ１をオフにして（Ｓ１０９）、第５スイッチＳ５をオンにした後（Ｓ１１０）、電圧（ＶＲｎ）を検出する（Ｓ１１１）。そして、電源監視装置２３は、電圧（ＶＲｐ）と閾値との比較、電圧（ＶＲｎ）と閾値との比較によって、絶縁異常を判定し（Ｓ１１２）、判定した結果および測定電圧を車両制御装置３０に通知する。

図１１に示すように、車両制御装置３０は、電源監視装置２３から絶縁異常発生が通知されると（Ｓ２０１）、直前の取得電圧、すなわち電源監視装置２３が検出した電圧（ＶＲｎ）を保持する（Ｓ２０２）。

続いて、車両制御装置３０は、エアコンが動作中と判定した場合は（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、エアコンゲートにオフ要求を送信してエアコン部４２を切断する（Ｓ２０４）。なお、車両制御装置３０は、エアコンが動作中ではないと判定した場合は（Ｓ２０３：Ｎｏ）、Ｓ２０４を実行することなく、Ｓ２０５を実行する。

その後、車両制御装置３０は、電源監視装置２３に絶縁計測の開始を指示して、第１キャパシタＣ１にチャージされた電圧（ＶＲｎ）を取得し（Ｓ２０５）、保持値（ＶＲｎ）との電圧差を算出する（Ｓ２０６）。

ここで、車両制御装置３０は、電圧差が閾値（例えば５Ｖ以内）より大きければ（Ｓ２０６：Ｎｏ）、エアコン部４２を異常部位と判定して処理を終了する（Ｓ２０７）。

一方、車両制御装置３０は、電圧差が閾値以下であれば（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）、エアコンを駆動し（Ｓ２０８）、昇圧電圧が基準値以上か否かを判定する（Ｓ２０９）。

そして、車両制御装置３０は、昇圧電圧（ＶＨ）が基準値を超える場合（Ｓ２０９：Ｙｅｓ）、電源監視装置２３に絶縁計測の開始を指示して、第１キャパシタＣ１にチャージされた電圧（ＶＲｎ）を取得する（Ｓ２１０）。

ここで、車両制御装置３０は、取得した電圧がある一定範囲内である場合（Ｓ２１１：Ｎｏ）、モータ部４０を異常部位と判定して（Ｓ２１２）、処理を終了する。

一方、車両制御装置３０は、取得した電圧がある一定範囲外である場合（Ｓ２１１：Ｙｅｓ）、ユーザ操作によってイグニッションがオフ（ＩＧ＿ＯＦＦ）になるまで待機する（Ｓ２１３）。

そして、車両制御装置３０は、イグニッションがオフになると（Ｓ２１３：Ｙｅｓ）、システムメインリレー（ＳＭＲ）をオフにする要求を送信してＰＣＵ４１を切り離した後（Ｓ２１４）、電源監視装置２３に絶縁計測の開始を指示して、第１キャパシタＣ１にチャージされた電圧（ＶＲｎ）を取得する（Ｓ２１５）。

その後、車両制御装置３０は、第１キャパシタＣ１にチャージされた電圧（ＶＲｎ）と、保持値（ＶＲｎ）との電圧差を算出し、電圧差が閾値以下であれば（Ｓ２１６：Ｙｅｓ）、電池パックの絶縁異常を検出する（Ｓ２１７）。一方、車両制御装置３０は、電圧差が閾値より大きければ（Ｓ２１６：Ｎｏ）、ＰＣＵ４１の異常を検出する（Ｓ２１８）。

＜６．劣化検出処理および異常部位特定処理のタイムチャート＞
次に、上述した処理のタイムチャートを説明する。図１２は、劣化検出処理および異常部位特定処理のタイムチャートである。

図１２に示すように、まず、電源監視装置２３が、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５をオンにしてｔ秒待機し、キャパシタへチャージされた電圧（ＶＲｐ）を計測する。続いて、電源監視装置２３は、第５スイッチＳ５、第６スイッチＳ６、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３を順次オフにした後、第１スイッチＳ１と第６スイッチＳ６とをオンにしてｔ秒待機し、キャパシタへチャージされた電圧（ＶＲｎ）を計測する。

その後、電源監視装置２３が、第５スイッチＳ５、第６スイッチＳ６、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３を順次オフにした後、電源監視装置２０および車両制御装置３０が、絶縁抵抗の劣化検出やエアコン部４２の異常検出を行う。

次に、電源監視装置２３が、第４スイッチＳ４と第５スイッチＳ５をオンにしてｔ秒待機し、キャパシタへチャージされた電圧（ＶＲｐ）を計測する。続いて、電源監視装置２３は、第５スイッチＳ５、第６スイッチＳ６、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３を順次オフにした後、第１スイッチＳ１と第６スイッチＳ６とをオンにしてｔ秒待機し、キャパシタへチャージされた電圧（ＶＲｎ）を計測する。

このようにして、電源監視装置２３および車両制御装置３０が、電圧（ＶＲｎ）の測定を繰り返し、モータ部４０、ＰＣＵ４１、電圧検出回路部２４それぞれについて、異常を判定する。

＜７．効果および変形例＞
上述したように、車両の走行中に、絶縁異常が検出された場合でも、車両が停止する前に異常部位の特定を行うことができるので、異常部位を効率よく特定することができる。また、走行中は、エアコン部４２やモータ部４０の異常判定を優先させることができる。この結果、絶縁異常が発生した状況のまま、異常部位の絞り込みができるので、異常発生部位の特定の精度を向上させることができ、原因究明の迅速化や再発可能性の低下が実現できる。

また、各部位を切断した時の電圧ＶＲｎを測定して異常部位を絞り込むことができるので、高精度で異常部位を絞り込むことができる。また、既存の電圧検出回路部２４を用いるだけで、他の特別な回路を設けることなく、絶縁異常の検出と異常部位の特定とを実行することができるので、コスト削減を実現でき、回路規模の増大を抑制することもできる。また、予め用意した閾値を用いることで、モータ部４０の内部抵抗の異常も検知することができ、異常部位の絞り込みが容易となり、復旧時間を短縮することができる。

なお、上記した実施形態において、第１キャパシタＣ１や第２キャパシタＣ２、切替スイッチＳ７などの位置や個数は、例示であって限定されるものではない。すなわち、第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２の位置などは、電源電圧を検出するための充電経路と絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化を検出するための充電経路とで全体の静電容量を変えることができれば、どのようなものであってもよい。

例えば、電圧検出回路部２４において、第１キャパシタＣ１と直列接続され、かつ、第２キャパシタＣ２および切替スイッチＳ７と並列接続されるスイッチを新たに設ける。そして、当該スイッチおよび切替スイッチＳ７を制御して、第１キャパシタＣ１のみを含む充電経路と第２キャパシタＣ２のみを含む充電経路とで切り替えるようにしてもよい。

また、電圧検出回路部２４において、例えば第２キャパシタＣ２および切替スイッチＳ７が、第１キャパシタＣ１に直列接続されるようにする。さらに、第１キャパシタＣ１および切替スイッチＳ７に並列接続されるスイッチを新たに設ける。そして、当該スイッチおよび切替スイッチＳ７を制御して、直列接続された第１、第２キャパシタＣ１，Ｃ２を含む充電経路と、第２キャパシタＣ２のみを含む充電経路とで切り替えるようにしてもよい。

また、上記した絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化検出では、キャパシタＣの電圧ＶＲｐ、電圧ＶＲｎをそれぞれしきい値Ｖａと比較するようにしたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば電圧ＶＲｐと電圧ＶＲｎとを加算し、加算された電圧を予め設定された別のしきい値と比較して、絶縁抵抗Ｒｐ，Ｒｎの劣化を検出するようにしてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施例では、車両制御装置３０が異常部位を特定する例を説明したが、これに限定されるものではなく、電源監視装置２３が実行することもできる。

１ 充放電システム
１０ 組電池
１２ａ 第１スタック
１２ｂ 第２スタック
２０ 電源監視システム
２３ 電源監視装置
２４ 電圧検出回路部
２５ Ａ／Ｄ変換部
２６ 制御部
２６ａ 充電経路形成部
２６ｂ 放電経路形成部
２６ｃ 電圧検出部
２６ｄ 劣化検出部
３０ 車両制御装置
４０ モータ部
４１ ＰＣＵ
４１ａ、４１ｂ 第１ゲート回路
４２ａ、４２ｂ 第２ゲート回路
４２ エアコン部
５０ 電圧変換器
６０ フェールセーフ用リレー
Ｃ１ 第１キャパシタ
Ｃ２ 第２キャパシタ

Claims (5)

1. 絶縁された電源に接続されて充放電を行うキャパシタと、
   前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路で充電されたときの前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部によって検出された前記キャパシタの電圧が所定範囲内であるか否かによって、異常部位を特定する特定部とを備え、
   前記特定部は、
   車両の走行中は、前記キャパシタの電圧が所定の範囲内であるか否かによって、前記電源とは異なる内部電源で昇圧するとともに前記電源および前記キャパシタに接続されて駆動するモータ部の異常を判定し、前記車両が停止すると、前記キャパシタの電圧に基づいて、前記車両に搭載される他の部位の異常を判定することを特徴とする劣化特定装置。
2. 前記特定部は、前記キャパシタの電圧が閾値以下の電圧値である場合、前記モータ部が有する内部抵抗を前記異常部位と特定することを特徴とする請求項１に記載の劣化特定装置。
3. 絶縁された電源に接続されて充放電を行うキャパシタと、
   前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路で充電されたときの前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部によって検出された前記キャパシタの電圧が所定範囲内であるか否かによって、異常部位を特定する特定部と、
   前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路で充電されたときの前記キャパシタの電圧と閾値との比較によって、前記絶縁抵抗の劣化を検出する劣化検出部とを備え、
   前記電圧検出部は、前記劣化検出部によって前記絶縁抵抗の劣化が検出された場合に、前記充電経路を形成して前記キャパシタの電圧を検出し、
   前記特定部は、前記キャパシタの電圧が所定の範囲内か否かによって、前記電源とは異なる内部電源で昇圧するとともに前記電源および前記キャパシタに接続されて駆動するモータ部が異常部位か否かを判定し、前記劣化検出部によって取得された前記キャパシタの電圧と前記電圧検出部によって取得された前記キャパシタの電圧との比較によって、車両に搭載される他の部位の異常を判定することを特徴とする劣化特定装置。
4. 前記電圧検出部は、前記電源および前記キャパシタに接続される各部位を順次切断した状態で、前記充電経路で充電されたときの前記キャパシタの電圧を検出し、
   前記特定部は、前記各部位が切断されたときの前記キャパシタの各電圧と、前記劣化検出部によって取得された前記キャパシタの電圧との差分電圧を算出し、前記差分電圧が閾値以上となる電圧が前記キャパシタの充電されたときに切断されていた部位を、異常部位として特定することを特徴とする請求項３に記載の劣化特定装置。
5. 絶縁された電源に接続されて充放電を行うキャパシタを有する劣化特定装置が、
   前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路で充電されたときの前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出工程と、
   前記電圧検出工程によって検出された前記キャパシタの電圧が所定範囲内であるか否かによって、異常部位を特定する特定工程とを実行し、
   前記特定工程は、車両の走行中は、前記キャパシタの電圧が所定の範囲内であるか否かによって、前記電源とは異なる内部電源で昇圧するとともに前記電源および前記キャパシタに接続されて駆動するモータ部の異常判定を実行し、
   前記車両が停止すると、前記キャパシタの電圧に基づいて、前記車両に搭載される他の部位の異常判定を実行することを特徴とする劣化特定方法。

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