JP6504855B2 - Deterioration detection device and deterioration detection method - Google Patents
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Description
本発明は、劣化検出装置および劣化検出方法に関する。 The present invention relates to a deterioration detection device and a deterioration detection method.
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においては、動力源たるモータに対して電力を供給する電源を備えている。電源は、車体と絶縁されるように構成されており、また、かかる電源の絶縁状態を監視する装置、換言すれば、電源の絶縁抵抗の劣化を検出する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in a vehicle such as a hybrid car and an electric car, for example, a power supply for supplying power to a motor as a power source is provided. The power supply is configured to be insulated from the vehicle body, and a device for monitoring the insulation state of the power supply, in other words, a device for detecting deterioration of the insulation resistance of the power supply is known (e.g. Reference 1).
上記した従来技術にあっては、フライングキャパシタ方式を用いて電源の絶縁抵抗の劣化を検出している。具体的に従来技術においては、電源から絶縁抵抗を介してキャパシタへ通電して充電し、充電されたキャパシタの電圧に基づいて電源の絶縁抵抗の劣化を検出している。 In the above-described prior art, the deterioration of the insulation resistance of the power supply is detected using a flying capacitor method. Specifically, in the prior art, the capacitor is energized to charge the capacitor through the insulation resistance, and the deterioration of the insulation resistance of the power supply is detected based on the voltage of the charged capacitor.
しかしながら、車両には設計時に意図されない浮遊容量が存在する。そのため、浮遊容量の影響を受けて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、絶縁抵抗の劣化検出の精度が低下する場合があった。 However, the vehicle has stray capacity that is not intended at design time. Therefore, there is a possibility that the voltage of the capacitor can not be accurately detected under the influence of the stray capacitance, and the accuracy of the detection of the deterioration of the insulation resistance may be lowered.
そこで、例えば、電源とキャパシタと絶縁抵抗とを結ぶ充電経路に浮遊容量測定用の抵抗やスイッチを追加して浮遊容量を測定し、測定された浮遊容量とキャパシタの電圧とに基づいて電源の絶縁抵抗の劣化を検出する手法が考えらえる。しかしながら、上記した手法は、抵抗などの素子の追加によって劣化検出装置の構成が複雑化するとともに、コストの増加を招くおそれがある。 Therefore, for example, a resistor or switch for measuring stray capacitance is added to the charging path connecting the power supply, the capacitor, and the insulation resistor to measure the stray capacitance, and the power supply is isolated based on the measured stray capacitance and the voltage of the capacitor. A method of detecting deterioration of resistance can be considered. However, with the above-described method, the addition of an element such as a resistor complicates the configuration of the degradation detection device and may increase the cost.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でありながら浮遊容量を推定することができるとともに、電源の絶縁抵抗の劣化検出の精度を向上させることができる劣化検出装置および劣化検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to estimate stray capacitance with a simple configuration, and to improve the accuracy of detection of degradation of insulation resistance of a power supply, and a degradation detection device, and It aims at providing a degradation detection method.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、劣化検出装置において、キャパシタと、電圧検出用抵抗と、電圧検出部と、浮遊容量推定部と、劣化検出部とを備える。キャパシタは、絶縁された電源に接続されて充放電を行う。電圧検出用抵抗は、前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路に設けられ、一端側が接地点に接続される。電圧検出部は、前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路が形成された後に、前記キャパシタの電圧、および、前記電圧検出用抵抗の他端側にある検出点の電圧を検出する。浮遊容量推定部は、前記検出点の電圧に基づいて前記充電経路の浮遊容量を推定する。劣化検出部は、前記キャパシタの電圧、および、前記浮遊容量に基づいて前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する。また、前記浮遊容量推定部は、前記充電経路が形成された直後の前記検出点の電圧と、前記充電経路が形成されてから所定時間経過してからの前記検出点の電圧とに基づいて前記検出点での電圧変化率を算出し、当該電圧変化率に基づいて前記浮遊容量を推定する。 In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention includes, in a degradation detection device, a capacitor, a voltage detection resistor, a voltage detection unit, a stray capacitance estimation unit, and a degradation detection unit. The capacitor is connected to the isolated power supply to charge and discharge. The voltage detection resistor is provided in the charging path for detecting the deterioration of the insulation resistance of the power supply, and one end side is connected to the ground point. The voltage detection unit detects the voltage of the capacitor and the voltage of the detection point on the other end side of the voltage detection resistor after the charge path for detecting the deterioration of the insulation resistance of the power supply is formed. The floating capacity estimation unit estimates the floating capacity of the charge path based on the voltage at the detection point. The deterioration detection unit detects the deterioration of the insulation resistance of the power supply based on the voltage of the capacitor and the stray capacitance. The floating capacity estimating unit may be configured to calculate the voltage of the detection point immediately after the charge path is formed and the voltage of the detection point after a predetermined time has elapsed since the charge path was formed. The voltage change rate at the detection point is calculated, and the stray capacitance is estimated based on the voltage change rate.
本発明によれば、簡易な構成でありながら浮遊容量を推定することができ、推定した浮遊容量を用いることで、電源の絶縁抵抗の劣化検出の精度を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to estimate the stray capacitance while having a simple configuration, and by using the estimated stray capacitance, it is possible to improve the accuracy of detection of deterioration of the insulation resistance of the power supply.
以下、添付図面を参照して、本願の開示する劣化検出装置および劣化検出方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the degradation detection apparatus and the degradation detection method disclosed in the present application will be described in detail. Note that the present invention is not limited by the embodiments described below.
(第1の実施形態)
<1.充放電システムの構成>
図1は、第1の実施形態に係る劣化検出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。
First Embodiment
<1. Configuration of charge and discharge system>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a charge and discharge system including the deterioration detection device according to the first embodiment. The charge and
詳しくは、充放電システム1は、組電池10と、電池監視システム20と、車両制御装置30と、モータ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、電池監視システム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、劣化検出装置23とを備える。
Specifically, the charge and
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。
The
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。
The numbers of the
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。
Each of the plurality of
劣化検出装置23は、電池監視システム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。なお、ここで絶縁抵抗の劣化とは、例えば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意味する。
The
また、劣化検出装置23は、複数の電池セル13のそれぞれの個別電圧を監視するとともに、各電池スタック12の電圧を監視する機能も有する。すなわち、劣化検出装置23は、組電池10の充電状態を監視する。
The
具体的には、劣化検出装置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。また、劣化検出装置23は、導線L2を介して後述するキャパシタに電池スタック12の電圧(以下、「スタック電圧」と記載する場合がある)を充電することによりスタック電圧を直接測定して、組電池10の充電状態を監視する。
Specifically, the
なお、劣化検出装置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、劣化検出装置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、劣化検出装置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。
It is preferable that the
電圧変換器50は、昇圧コンバータ51(図3参照)やインバータ(図示せず)を備え、電源たる組電池10から出力される電圧を昇圧するとともに、直流から交流の電圧に変換する。なお、図1では、劣化検出装置23と電圧変換器50とを別々に図示したが、これは例示であって限定されるものではなく、例えば劣化検出装置23が電圧変換器50を備えるように構成してもよい。
The
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で昇圧されて交流に変換された組電池10の電圧をモータ40へ供給してモータ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。
The
なお、上記では、電圧変換器50から電圧が供給される電気負荷としてモータ40を挙げたが、これは例示であって限定されるものではなく、例えば空調機器、照明灯、オーディオ機器やカーナビゲーションシステムといったその他の電気部品であってもよい。
In addition, although the
車両制御装置30は、モータ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、劣化検出装置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。
The
<2.劣化検出装置の構成>
次に、劣化検出装置23の構成について説明する。図2は、劣化検出装置23の構成例を示すブロック図である。なお、図2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2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。
<2. Configuration of Deterioration Detection Device>
Next, the configuration of the
劣化検出装置23は、例えば電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)であり、図2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。
The
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。ここで、電圧検出回路部24について図3を参照して詳しく説明する。
The voltage
図3は、電圧検出回路部24の構成例を示す図である。図3に示すように、電圧検出回路部24は、キャパシタC1と、第1スイッチS1〜第6スイッチS6と、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。
FIG. 3 is a view showing a configuration example of the voltage
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、キャパシタC1を各スタック12a,12bの電圧で充電した後、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。
In the voltage
具体的には、電圧検出回路部24は、キャパシタC1を介して充電側回路と放電側回路とに分かれている。充電側回路は、組電池10の各スタック12a,12bとキャパシタC1とが接続され、各スタック12a,12bの電圧をキャパシタC1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C1に充電された電圧を放電する経路を含む部分である。
Specifically, the voltage
そして、各スイッチS1〜S6のオン/オフが制御されることで、キャパシタC1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〜S6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C1の電圧検出に用いられる抵抗である。 Then, by controlling the on / off of each of the switches S1 to S6, charging and discharging of the capacitor C1 are controlled. For example, a solid state relay (SSR) can be used as each of the switches S1 to S6 described above, but the present invention is not limited to this. The first resistor R1 to the seventh resistor R7 are resistors used for voltage detection of the capacitor C1.
電圧検出回路部24の充電側回路は、キャパシタC1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C1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。
In the charging side circuit of the voltage
また、第1スタック12aの正極側とキャパシタC1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C1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。
A first resistor R1, a first switch S1 and a fifth resistor R5 are provided in series between the positive electrode side of the
また、第2スタック12bの正極側とキャパシタC1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C1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。
A third resistor R3, a third switch S3 and a fifth resistor R5 are provided in series between the positive electrode side of the
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C1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C1に接続されている。
In the discharge side circuit of the voltage
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、接地点の一例であり、かかる接地点の電圧を以下では「ボディ電圧」という場合がある。
The other end of the fifth switch S5 is connected to the A /
A/D変換部25は、電圧検出回路部24の検出点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(正確には後述する電圧検出部等)へ出力する。
The A /
ここで、第1、第2スタック12a,12bの電圧を検出するために行われる、キャパシタC1の充電および放電について図4〜図6を参照して説明する。図4は、第1スタック12aの電圧でキャパシタC1の充電を行う充電経路を示す図である。また、図5は、充電されたキャパシタC1の放電を行う放電経路を示す図であり、図6は、第2スタック12bの電圧でキャパシタC1の充電を行う充電経路を示す図である。
Here, charging and discharging of the capacitor C1 performed to detect the voltages of the first and
劣化検出装置23では、第1、第2スタック12a,12b毎にキャパシタC1が充電される。先ず、第1スタック12aの電圧(以下「第1スタック電圧」と記載する場合がある)でキャパシタC1を充電する例を説明すると、図4に示すように、第1スイッチS1および第2スイッチS2がオンされ、他のスイッチS3〜S6がオフされる。
In the
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、キャパシタC1、第2スイッチS2および第2抵抗R2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スタック12aとキャパシタC1とを結ぶ第1経路P1が形成され、キャパシタC1に第1スタック電圧が充電される。
Thus, the positive electrode side of the
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C1の電圧を放電させる。具体的には、図5に示すように、第1スイッチS1および第2スイッチS2がオフされるとともに、第5スイッチS5および第6スイッチS6がオンされる。 Then, after a predetermined time has elapsed since the formation of the first path P1, the voltage of the capacitor C1 is discharged. Specifically, as shown in FIG. 5, the first switch S1 and the second switch S2 are turned off, and the fifth switch S5 and the sixth switch S6 are turned on.
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。第5スイッチS5の他端にはA/D変換部25が接続されているため、第2経路P2が形成されると、キャパシタC1の電圧(すなわち第1スタック電圧)がA/D変換部25に入力される。なお、A/D変換部25は、第5、第6スイッチS5,S6がオンした瞬間に入力されたアナログ値をデジタル値に変換して制御部26へ出力する。これにより、第1スタック電圧が検出されることとなる。
As a result, in the voltage
次に、第2スタック12bの電圧(以下「第2スタック電圧」と記載する場合がある)でキャパシタC1を充電する例を説明する。図6に示すように、第3スイッチS3および第4スイッチS4がオンされ、他のスイッチS1,S2,S5,S6がオフされる。
Next, an example will be described in which the capacitor C1 is charged with the voltage of the
これにより、第2スタック12bの正極側は、第3抵抗R3、第3スイッチS3、第5抵抗R5、キャパシタC1、第4スイッチS4および第4抵抗R4を介して第2スタック12bの負極側と接続される。すなわち、第2スタック12bとキャパシタC1とを結ぶ第3経路P3が形成され、キャパシタC1に第2スタック電圧が充電される。
Thus, the positive electrode side of the
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、第3、第4スイッチS3,S4がオフされるとともに、第5、第6スイッチS5,S6がオンされて、キャパシタC1の電圧を放電させる(図5参照)。 Then, after a predetermined time has elapsed since the formation of the third path P3, the third and fourth switches S3 and S4 are turned off, and the fifth and sixth switches S5 and S6 are turned on, so that the capacitor C1 is turned on. The voltage is discharged (see FIG. 5).
これにより、電圧検出回路部24には第2経路P2が形成され、キャパシタC1の電圧(すなわち第2スタック電圧)がA/D変換部25に入力される。そして、A/D変換部25は、上記と同様に、入力された電圧のアナログ値をデジタル値に変換して制御部26へ出力する。これにより、第2スタック電圧が検出されることとなる。
As a result, a second path P2 is formed in the voltage
このように、放電側の経路と充電側の経路とを切り替えてキャパシタC1への充電および放電が行われることで、第1スタック電圧および第2スタック電圧を検出することができる。 Thus, the first stack voltage and the second stack voltage can be detected by switching the path on the discharge side and the path on the charge side to charge and discharge the capacitor C1.
また、電圧検出回路部24の回路には、図3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。
Further, in the circuit of the voltage
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。
The resistance value of each of the insulation resistances Rp and Rn is set to a sufficiently large value, for example, several M.OMEGA. So as to hardly conduct electricity at normal times. However, in the abnormal state where the insulation resistances Rp and Rn are deteriorated, for example, the
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C1の充電および放電について図7,8を参照して説明する。図7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8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。
Here, charging and discharging of the capacitor C1 performed to detect deterioration of the insulation resistances Rp and Rn of the assembled
先ず、正極側の絶縁抵抗Rpの劣化を検出する場合は、図7に示すように、第4スイッチS4および第5スイッチS5がオンされ、他のスイッチS1〜S3,S6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5抵抗R5、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。
First, when deterioration of the insulation resistance Rp on the positive electrode side is detected, as shown in FIG. 7, the fourth switch S4 and the fifth switch S5 are turned on, and the other switches S1 to S3 and S6 are turned off. Thereby, the positive electrode side of the
すなわち、第1、第2スタック12a,12bとキャパシタC1とを正極側の絶縁抵抗Rpを介して結ぶ第4経路P4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4経路P4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4経路P4は導通することとなる。
That is, a fourth path P4 is formed, which connects the first and
そして、第4経路P4が形成されてから所定時間が経過した後、第4スイッチS4がオフされるとともに、第6スイッチS6がオンされてキャパシタC1の電圧を放電させる(図5参照)。このときに検出されるキャパシタ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。 Then, after a predetermined time has elapsed since the formation of the fourth path P4, the fourth switch S4 is turned off and the sixth switch S6 is turned on to discharge the voltage of the capacitor C1 (see FIG. 5). The voltage of the capacitor C1 detected at this time is referred to as “voltage VRp”, and deterioration of the insulation resistance Rp is detected based on the voltage VRp, which will be described later.
負極側の絶縁抵抗Rnの劣化を検出する場合は、図8に示すように、第1スイッチS1および第6スイッチS6がオンされ、他のスイッチS2〜S5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、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。
When the deterioration of the insulation resistance Rn on the negative electrode side is detected, as shown in FIG. 8, the first switch S1 and the sixth switch S6 are turned on, and the other switches S2 to S5 are turned off. Thus, the positive electrode side of the
すなわち、第1、第2スタック12a,12bとキャパシタC1とを負極側の絶縁抵抗Rnを介して結ぶ第5経路P5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5経路P5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5経路P5は導通することとなる。
That is, a fifth path P5 is formed to connect the first and
そして、第5経路P5が形成されてから所定時間が経過した後、図5に示すように、キャパシタC1の電圧を放電させる。このときに検出されるキャパシタ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。 Then, after a predetermined time has elapsed since the fifth path P5 was formed, as shown in FIG. 5, the voltage of the capacitor C1 is discharged. The voltage of the capacitor C1 detected at this time is "voltage VRn", and the deterioration of the insulation resistance Rn is detected based on the voltage VRn, which will be described later.
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。 In the process of detecting deterioration of insulation resistances Rp and Rn, charging is performed for a predetermined time shorter than the time required for full charge, and the charging voltage is used as voltages VRp and VRn to detect deterioration of insulation resistances Rp and Rn. I do.
ところで、上記した充放電システム1においては、例えば絶縁抵抗Rnの劣化を検出するための充電経路(第5経路P5)が形成されている状態で、昇圧コンバータ51が動作する場合がある。かかる場合、例えば絶縁抵抗Rnの状態や昇圧コンバータ51の動作タイミング等によっては、ボディ電圧が変動して電源の電圧を上回ることがある。
By the way, in the charge /
ボディ電圧が電源の電圧を上回ると、キャパシタC1に負電圧が充電される。詳しくは、図8に示すように、昇圧コンバータ51から充電経路P5aのように電流が流れ、充電経路P5aの電流が第5経路P5の電流より大きくなると、キャパシタC1に負電圧が充電されることとなる。このような場合、従来技術では、キャパシタC1の電圧を正確に検出することができず、結果として絶縁抵抗Rnの劣化検出精度の低下を招くおそれがあった。
When the body voltage exceeds the voltage of the power supply, the capacitor C1 is charged with a negative voltage. Specifically, as shown in FIG. 8, when a current flows from the
また、図7に示すように、例えば絶縁抵抗Rpの劣化を検出するための充電経路(第4経路P4)が形成されている状態で、昇圧コンバータ51が動作すると、昇圧コンバータ51から充電経路P4aのように電流が流れることがある。なお、図7,8に示す充電経路P4aや充電経路P5aは、いずれも電流の流れの一例である。
Further, as shown in FIG. 7, when
上記の場合、キャパシタC1は、第1、第2スタック12a,12bからの電圧に加え、昇圧コンバータ51からの電圧で充電されることから、キャパシタC1の電圧が上昇してしまい、絶縁抵抗Rpの劣化を正確に検出することが難しくなることがあった。
In the above case, the capacitor C1 is charged with the voltage from the
そこで、本実施形態に係る劣化検出装置23にあっては、昇圧コンバータ51を備える場合であっても、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出精度を向上させることができるような構成とした。以下、劣化検出装置23の構成についてさらに詳しく説明する。
Therefore, in the
図2に示すように、劣化検出装置23の制御部26は、CPU、RAMおよびROM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などを含む劣化検出装置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、充電状態監視部26dと、劣化検出部26eとを備える。
As shown in FIG. 2, the
充電経路形成部26aは、第1〜第6スイッチS1〜S6を制御し、第1、第3〜第5経路P1,P3〜P5を形成する、すなわち、充電経路を形成する(図4、図6〜図8参照)。
The charge
なお、第1〜第6スイッチS1〜S6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および放電経路形成部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。
The switching patterns of the first to sixth switches S1 to S6 are stored in advance in a storage unit such as a RAM and a ROM. The charge
放電経路形成部26bは、第1〜第6スイッチS1〜S6を制御し、第2経路P2を形成する、すなわち、放電経路を形成する(図5参照)。
The discharge
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、充電されたキャパシタC1の電圧をA/D変換部25を介して検出する。具体的には、電圧検出部26cは、上記した第1、第2スタック電圧や電圧VRp,VRnを検出する。
When the discharge path is formed by the discharge
また、電圧検出部26cは、キャパシタC1に充電された負電圧を検出することができるように構成される。これにより、例えば上述したように、キャパシタC1に負電圧が充電される場合であっても、キャパシタC1の電圧を正確に検出することができ、よって絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出精度を向上させることができる。
The
具体的には、電圧検出部26cとキャパシタC1との間に設けられるA/D変換部25は、入力電圧範囲が正電圧と負電圧とを含むようにオフセットされる。すなわち、例えばA/D変換部25の入力電圧範囲が0V〜200Vであった場合、これを−100V〜100Vとなるようにオフセットさせる。これにより、電圧検出部26cは、簡素な構成でありながら、キャパシタC1の負電圧を検出可能とされる。
Specifically, the A /
なお、上記では、キャパシタC1の負電圧を検出するために、A/D変換部25の入力電圧範囲をオフセットさせるようにしたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、A/D変換部25の入力電圧範囲を正電圧と負電圧とを含むように拡大させたり、正電圧の検出に用いられるA/D変換部25と負電圧の検出に用いられるA/D変換部25とをそれぞれ備えるようにしたりしてもよい。
Although the input voltage range of the A /
電圧検出部26cは、検出したキャパシタC1の電圧を示す信号を充電状態監視部26dや劣化検出部26eへ出力する。
The
充電状態監視部26dは、第1経路P1や第3経路P3(図4,6参照)でキャパシタC1を充電した後に検出された第1、第2スタック電圧に基づいて、第1、第2スタック12a,12bの充電状態を監視する。そして、充電状態監視部26dは、第1、第2スタック12a,12bを含む組電池10の充電状態の監視結果を示す情報を車両制御装置30(図1参照)へ出力する。なお、車両制御装置30は、上述したように、組電池10の充電状態の監視結果に応じて車両制御を行う。
The charge
劣化検出部26eは、第4経路P4や第5経路P5(図7,8参照)でキャパシタC1を充電した後に検出されたキャパシタ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。
詳しくは、絶縁抵抗Rp,Rnに劣化が生じるとキャパシタC1に充電される電圧が増加することから、充電されたキャパシタC1の電圧が増加した場合に、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出するようにする。 Specifically, if the insulation resistances Rp and Rn deteriorate, the voltage charged to the capacitor C1 increases. Therefore, when the voltage of the charged capacitor C1 increases, the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn is detected Make it
具体的には、劣化検出部26eは、先ず電圧VRpと電圧VRnとを加算し、電圧VRp+VRnを算出する。これにより、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出において、昇圧コンバータ51の影響をなくすことが可能となる。
Specifically, the
すなわち、図7,8に示すように、キャパシタC1に充電される電圧VRpや電圧VRnは、第1、第2スタック12a,12bからの電圧に加え、昇圧コンバータ51からの電圧も含まれている。具体的に電圧VRpや電圧VRnは、下記の2式のようになる。
電圧VRp=(スタックからの電圧分)+(昇圧コンバータからの電圧分)
電圧VRn=(スタックからの電圧分)−(昇圧コンバータからの電圧分)
That is, as shown in FIGS. 7 and 8, the voltage VRp and the voltage VRn charged to the capacitor C1 include the voltage from the
Voltage VRp = (voltage from stack) + (voltage from boost converter)
Voltage VRn = (voltage from stack)-(voltage from boost converter)
そのため、例えば仮に、電圧VRpや電圧VRnをそのまま絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出に用いると、昇圧コンバータ51からの電圧の大きさによっては、劣化を正確に検出できないおそれがある。
Therefore, if, for example, voltage VRp or voltage VRn is used as it is for detecting deterioration of insulation resistances Rp and Rn, depending on the magnitude of the voltage from
そこで、本実施形態では、電圧VRpと電圧VRnとを加算することで、昇圧コンバータ51からの電圧分を相殺するようにした。そして、加算した電圧VRp+VRnを絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出に用いることで、昇圧コンバータ51の影響をなくすことが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, the voltage from the
ここで、図7に示す充電経路P4,P4aにおける時定数と、図8に示す充電経路P5,P5aにおける時定数とは、同じになるように設定されることが好ましい。 Here, it is preferable that the time constants in the charging paths P4 and P4a shown in FIG. 7 and the time constants in the charging paths P5 and P5a shown in FIG. 8 be set to be the same.
具体的に説明すると、図7に示すように、第6抵抗R6は、正極側の絶縁抵抗Rpの劣化を検出する充電経路である第4経路P4に設けられ、一端側が車体GNDに他端側がキャパシタC1に接続される。また、図8に示すように、第7抵抗R7は、負極側の絶縁抵抗Rnの劣化を検出する充電経路である第5経路P5に設けられ、一端側が車体GNDに他端側がキャパシタC1に接続される。 Specifically, as shown in FIG. 7, the sixth resistor R6 is provided in a fourth route P4 which is a charging route for detecting deterioration of the insulation resistance Rp on the positive electrode side, and one end side is the vehicle body GND and the other end side is It is connected to the capacitor C1. Further, as shown in FIG. 8, the seventh resistor R7 is provided in the fifth route P5 which is a charging route for detecting deterioration of the insulation resistance Rn on the negative electrode side, one end side is connected to the vehicle body GND and the other end side is connected to the capacitor C1. Be done.
例えば仮に、上記した第6抵抗R6の抵抗値と第7抵抗R7の抵抗値とが異なるように設定された場合、電圧VRpにおける昇圧コンバータ51からの電圧分が、電圧VRnにおける昇圧コンバータ51からの電圧分と相違してしまう。これにより、上記のように電圧VRpと電圧VRnとを加算しても、昇圧コンバータからの電圧分を相殺することができない場合が生じ得る。
For example, if the resistance value of the sixth resistor R6 and the resistance value of the seventh resistor R7 are set to be different, the voltage from the
そこで、本実施形態では、例えば第6抵抗R6の抵抗値と第7抵抗R7の抵抗値とを同じ値に設定するなどして、充電経路P4,P4aにおける時定数と充電経路P5,P5aにおける時定数とを同じにするようにした。これにより、電圧VRpと電圧VRnとを加算した場合に、昇圧コンバータ51からの電圧分を確実に相殺することが可能となる。なお、本明細書においては、「同じ」とは、全く同一である場合のみならず、ほぼ同じである場合も含む一定の幅を有する意味として用いることとする。
Therefore, in the present embodiment, for example, by setting the resistance value of the sixth resistance R6 and the resistance value of the seventh resistance R7 to the same value, the time constant in the charging path P4, P4a and the time in the charging path P5, P5a I made it the same as the constant. Thus, when voltage VRp and voltage VRn are added, it is possible to reliably offset the voltage from
劣化検出部26eは、加算した電圧VRp+VRnを予め設定された電圧値であるしきい値Vaと比較し、比較結果に基づいて絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出する。ここで、本実施形態では、しきい値Vaが電圧値に設定されることから、劣化検出部26eにおいて、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出の処理に要する時間を短縮することができる。
The
詳しくは、従来技術では、例えばキャパシタC1の電圧VRpや電圧VRnと、スタック電圧とに基づいて絶縁抵抗Rp,Rnの抵抗値を算出していた。そして、従来技術においては、算出された抵抗値が予め設定された抵抗値であるしきい値以下となった場合、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出するようにしていた。そのため、絶縁抵抗Rp,Rnの抵抗値の算出処理に時間を要し、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出の処理時間が比較的長くなることがあった。 Specifically, in the prior art, the resistance values of the insulation resistors Rp and Rn are calculated based on, for example, the voltage VRp or the voltage VRn of the capacitor C1 and the stack voltage. And in the prior art, when the calculated resistance value becomes below the threshold value which is a preset resistance value, degradation of insulation resistance Rp and Rn was detected. Therefore, it takes time to calculate the resistance values of the insulation resistances Rp and Rn, and the processing time for detecting the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn may be relatively long.
上記した絶縁抵抗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、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。そこで、本実施形態に係る劣化検出部26eは、電圧VRp+VRnを、比較的低い電圧値に予め設定されたしきい値Vaと比較するようにした。
When the insulation resistance Rp and the insulation resistance Rn are not deteriorated and the resistance value is not lowered, the capacitor C1 is hardly charged or a sufficiently small voltage is charged even if it is charged. Therefore, the
そして、劣化検出部26eは、キャパシタC1の電圧VRp+VRnがしきい値Va以上となった場合、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出する、言い換えれば、絶縁抵抗Rp,Rnに異常が生じていると判定する。他方、劣化検出部26eは、電圧VRp+VRnがしきい値Va未満の場合、絶縁抵抗Rp,Rnに劣化はない、言い換えれば、絶縁抵抗Rp,Rnは正常であると判定する。
Then, when voltage VRp + VRn of capacitor C1 exceeds threshold value Va,
このように、本実施形態においては、しきい値Vaが電圧値に設定されることから、絶縁抵抗Rp,Rnの抵抗値を算出していた処理時間の分だけ、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出の処理に要する時間を短縮することができる。 As described above, in the present embodiment, since the threshold value Va is set to the voltage value, deterioration of the insulation resistances Rp and Rn is performed for the processing time for which the resistance values of the insulation resistances Rp and Rn have been calculated. The time required for the detection process can be shortened.
なお、上記では、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出に電圧VRp+VRnを用いるようにしたが、これに限られず、例えばA/D変換部25の入力電圧などを用いてもよい。
Although the voltage VRp + VRn is used to detect deterioration of the insulation resistances Rp and Rn in the above description, the present invention is not limited to this. For example, the input voltage of the A /
また、上記したキャパシタC1の電圧VRp+VRnは、キャパシタC1に供給されるスタック電圧の増減によって変動する。そこで、劣化検出部26eは、しきい値Vaをスタック電圧に応じて切り替えるようにした。具体的には、劣化検出部26eは、スタック電圧が増加するにつれてしきい値Vaも増加させるようにする。なお、ここでのスタック電圧とは、第1スタック12aの第1スタック電圧と第2スタック12bの第2スタック電圧とを加算した値である。
Further, the voltage VRp + VRn of the capacitor C1 described above fluctuates due to the increase and decrease of the stack voltage supplied to the capacitor C1. Therefore, the
これにより、劣化検出部26eにおいては、しきい値Vaをスタック電圧の増減に対応した適切な電圧値に設定することが可能となり、よって絶縁抵抗Rp,Rnの劣化の検出精度を一層向上させることができる。
As a result, in the
また、劣化検出部26eは、キャパシタC1の電圧VRp+VRnとしきい値Vaとを比較する直前に電圧検出部26cで検出されたスタック電圧に応じてしきい値Vaを切り替えることが好ましい。これにより、しきい値Vaを、現在の電源の充電状態に対応した適切な電圧値に設定することが可能となる。
Further, it is preferable that the
なお、上記では、比較する直前に電圧検出部26cで検出されたスタック電圧を用いるようにしたが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば劣化検出部26eは、電圧検出部26cで検出された複数回分のスタック電圧の平均値を算出し、当該平均値に応じてしきい値Vaを切り替えるようにしてもよい。
In the above, the stack voltage detected by the
これにより、例えばスタック電圧が瞬間的に増減した場合であっても、しきい値Vaが急激に変わることがなく、よってしきい値Vaを電源の充電状態に対応した適切な電圧値に設定することが可能となる。なお、上記した平均値は、単純平均や加重平均など種々の平均値を適用することができる。 Thereby, for example, even when the stack voltage instantaneously increases or decreases, threshold value Va does not change rapidly, and thus threshold value Va is set to an appropriate voltage value corresponding to the charging state of the power supply. It becomes possible. In addition, various average values, such as a simple average and a weighted average, can be applied to the above-mentioned average value.
上記したしきい値Vaは、例えば記憶部に予め記憶されているものとする。これにより、劣化検出部26eは、スタック電圧に応じたしきい値Vaを記憶部から読み出すだけで足り、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出の処理時間をより一層短縮することができるとともに、処理負荷も軽減させることができる。
The threshold value Va described above is, for example, stored in advance in the storage unit. As a result, the
また、本実施形態では、例えば漏電状態を強制的に作り出すための基準抵抗(図示せず)などを第4経路P4や第5経路P5に接続し、かかる漏電状態のときにキャパシタC1に充電された電圧VRp+VRnの値がしきい値Vaとして設定されることが好ましい。 Further, in the present embodiment, for example, a reference resistance (not shown) or the like for forcibly creating a short circuit state is connected to the fourth path P4 or the fifth path P5, and the capacitor C1 is charged in such a short circuit state. Preferably, the value of the voltage VRp + VRn is set as the threshold value Va.
このように、実測値に基づいてしきい値Vaを設定することで、例えばキャパシタC1や各抵抗R1〜R7に個体差がある場合であっても、個体差を吸収したしきい値Vaとすることができ、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化の検出精度を一層向上させることができる。 Thus, by setting the threshold value Va based on the actual measurement value, for example, even if there is an individual difference between the capacitor C1 and each of the resistors R1 to R7, the threshold value Va is absorbed as the individual difference is absorbed. Thus, the detection accuracy of the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn can be further improved.
劣化検出部26e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、劣化状態に応じた車両制御やユーザへの報知動作などを行う。
The
<3.充電状態監視処理および劣化検出処理の具体的動作>
次に、以上のように構成された電池監視システム20で行われる、充電状態監視処理および劣化検出処理の具体的な動作について図9を参照して説明する。図9は、電池監視システム20が実行する処理の処理手順の一部を示すフローチャートである。なお、図9に示す各種の処理は、劣化検出装置23の制御部26による制御に基づいて実行される。
<3. Specific operation of charge state monitoring process and deterioration detection process>
Next, specific operations of the charge state monitoring process and the deterioration detection process performed by the
図9に示すように、制御部26は、第1スタック12aの第1スタック電圧を検出し(ステップS1)、続いてキャパシタC1の電圧VRpを検出する(ステップS2)。次いで、制御部26は、第2スタック12bの第2スタック電圧を検出し(ステップS3)、続いてキャパシタC1の電圧VRnを検出する(ステップS4)。
As shown in FIG. 9, the
次に、制御部26は、電圧VRp+VRnを算出した後(ステップS5)、スタック電圧を算出する(ステップS6)。なお、スタック電圧は、例えばステップS1,S3で検出された第1スタック電圧と第2スタック電圧とを加算した値である。
Next, after calculating voltage VRp + VRn (step S5),
続いて、制御部26は、スタック電圧に応じてしきい値Vaを切り替える(ステップS7)。なお、しきい値Vaを切り替える処理は、スタック電圧が検出される度に必ずしも行う必要はなく、例えばスタック電圧が所定回数検出されるごとに1度実行するようにしてもよい。
Subsequently, the
制御部26は、電圧VRp+VRnと切り替えたしきい値Vaとを比較する(ステップS8)。そして、制御部26は、電圧VRp+VRnがしきい値Va以上の場合(ステップS8,Yes)、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出する(ステップS9)。他方、制御部26は、電圧VRp+VRnがしきい値Va未満の場合(ステップS8,No)、絶縁抵抗Rp,Rnに劣化はないと判定する(ステップS10)。
次いで、制御部26は、劣化検出結果として絶縁抵抗Rp,Rnの劣化状態を示す情報と、組電池10の充電状態の監視結果として第1、第2スタック電圧やスタック電圧を示す情報とを車両制御装置30へ出力する(ステップS11)。
Next, the
上述してきたように、第1の実施形態に係る劣化検出装置23は、キャパシタC1と、電圧検出部26cと、劣化検出部26eとを備える。また、車両が電圧変換器50を備える場合、電圧変換器50は、電源から出力される電圧を昇圧してモータ40へ供給する。
As described above, the
キャパシタC1は、絶縁された電源に接続されて充放電を行う。電圧検出部26cは、キャパシタC1の電圧を検出する。劣化検出部26eは、電圧検出部26cで検出されたキャパシタ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。そして、電圧検出部26cは、キャパシタC1に充電された負電圧を検出可能である。
The capacitor C1 is connected to the insulated power supply to perform charging and discharging. The
これにより、劣化検出装置23において、車両が電源から出力される電圧を昇圧する電圧変換器50を備える場合であっても、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出精度を向上させることができる。
Thus, even in the case where the
また、劣化検出装置23においては、電圧検出部26cは、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出する充電経路(第4、第5経路P4,P5)で充電されたキャパシタC1の電圧VRp,VRnを検出する。劣化検出部26eは、キャパシタC1の電圧VRp,VRnと予め設定された電圧値であるしきい値Vaとを比較し、比較結果に基づいて絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出する。これにより、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出の処理に要する時間を短縮することができる。
Further, in the
<4.第2の実施形態に係る劣化検出装置の構成>
(第2の実施形態)
次いで、第2の実施形態に係る劣化検出装置23を含む充放電システム1について説明する。なお、以下においては、第1の実施形態と共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
<4. Configuration of Deterioration Detection Device According to Second Embodiment>
Second Embodiment
Next, a charge /
車両には設計時に意図されない浮遊容量が存在する。浮遊容量の影響を受けると、例えばキャパシタC1の電圧VRpや電圧VRnを正確に検出することができないおそれがあり、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出の精度が低下する場合があった。 Vehicles have stray capacities that are not intended at design time. Under the influence of the stray capacitance, for example, there is a possibility that the voltage VRp or the voltage VRn of the capacitor C1 can not be accurately detected, and the accuracy of detecting the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn may decrease.
そのため、例えば、浮遊容量の測定に用いられる抵抗やスイッチなどを電圧検出回路部24の回路に追加して浮遊容量を測定し、測定された浮遊容量を考慮しつつ絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出する手法が考えらえる。しかしながら、上記した手法は、抵抗などの素子の追加によって劣化検出装置23の構成が複雑化するとともに、コストの増加を招くおそれがある。
Therefore, for example, a resistor, a switch, or the like used for measuring the stray capacitance is added to the circuit of the voltage
そこで、第2の実施形態では、劣化検出装置23において、簡易な構成でありながら浮遊容量を推定でき、かかる浮遊容量を考慮することで、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を精度よく検出できるような構成とした。
Therefore, in the second embodiment, in the
図10は、第2の実施形態に係る劣化検出装置23の制御部26の構成例を示すブロック図である。図10に示すように、制御部26は、劣化検出部26e等に加えて、浮遊容量推定部26fを備える。
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of the
浮遊容量推定部26fは、検出点A(図7参照)の電圧に基づいて充電経路の浮遊容量を推定する。なお、図7および図8においては、浮遊容量を仮想的に破線で示し、符号Cpを付した。
The floating
図11は、浮遊容量推定部26fで行われる浮遊容量Cpの推定処理を説明するためのグラフである。なお、図11に示す例では、正極側の絶縁抵抗Rpの劣化を検出する充電回路(第4経路P4)が形成されたときの検出点Aの電圧の変化を示している。
FIG. 11 is a graph for explaining the estimation process of the stray capacitance Cp performed by the stray
なお、図11に示す例では、浮遊容量Cpがない場合の電圧変化を実線e1で示すとともに、破線e2、一点鎖線e3、二点鎖線e4の順番で、浮遊容量Cpが大きくなった場合の電圧変化を示している。 In the example shown in FIG. 11, the voltage change when there is no stray capacitance Cp is shown by the solid line e1 and the voltage when the stray capacitance Cp is increased in the order of the broken line e2, the dashed dotted line e3 and the dashed double dotted line e4. It shows a change.
また、図11に示す例では、第4、第5スイッチS4,S5がオンされて、第4経路P4が形成された瞬間を「時刻t0」とし、キャパシタC1が満充電される時間よりも短い時点を「時刻t2」とする。そして、時刻t0とt2との間であり、かつ、時刻t0から所定時間経過した時点を「時刻t1」とする。 Further, in the example shown in FIG. 11, the moment when the fourth path P4 is formed when the fourth and fifth switches S4 and S5 are turned on is referred to as "time t0", which is shorter than the time when the capacitor C1 is fully charged. Let the time point be "time t2". Then, a time between time t0 and t2 and a predetermined time elapsed from time t0 is referred to as "time t1".
図11の説明に入る前にここで、検出点Aについて図7を参照して説明する。第6抵抗R6は、上記したように、絶縁抵抗Rpの劣化を検出する第4経路P4に設けられ、一端側が車体GND(接地点)に接続されている。かかる第6抵抗R6の他端側に、検出点Aが設けられている。 Before the description of FIG. 11, the detection point A will be described with reference to FIG. 7. As described above, the sixth resistor R6 is provided in the fourth path P4 for detecting the deterioration of the insulating resistor Rp, and one end side thereof is connected to the vehicle body GND (ground point). A detection point A is provided on the other end side of the sixth resistor R6.
浮遊容量Cpが存在している場合、上記した検出点Aの電圧は、第4、第5スイッチS4,S5がオンされた瞬間に浮遊容量Cpによる突入電流が流れるため、負電圧側に一旦急速に落ち込む(図11の時刻t0参照)。その後、検出点Aの電圧は、徐々に上昇して戻るような電圧変化となる。なお、浮遊容量Cpが存在していない場合、検出点Aの電圧は、絶縁抵抗Rpや各抵抗R4〜R6等の抵抗値のみで決まるため、負電圧側に僅かに落ち込む程度である。 When stray capacitance Cp is present, the voltage at the detection point A described above is temporarily increased rapidly to the negative voltage side since the rush current due to the stray capacitance Cp flows at the moment when the fourth and fifth switches S4 and S5 are turned on. (See time t0 in FIG. 11). After that, the voltage at the detection point A gradually changes back to rise. When the stray capacitance Cp does not exist, the voltage at the detection point A is determined by only the resistance values of the insulation resistance Rp, the resistances R4 to R6, and the like, and therefore, the voltage slightly drops to the negative voltage side.
浮遊容量Cpが存在しているときの電圧変化は、例えば浮遊容量Cpが比較的小さいと、電荷が溜まりやすいため、図11の破線e2に示すように、検出点Aの電圧は急激に戻る変化となる。一方、例えば浮遊容量Cpが比較的大きいと、電荷の溜りが遅いため、図11の二点鎖線e4に示すように、検出点Aの電圧の戻りは緩慢になる。 The voltage change when the stray capacitance Cp exists is, for example, when the stray capacitance Cp is relatively small, the charge is likely to be accumulated. Therefore, as shown by the broken line e2 in FIG. It becomes. On the other hand, for example, when the stray capacitance Cp is relatively large, the charge accumulation is slow, so that the return of the voltage at the detection point A becomes slow as shown by the two-dot chain line e4 in FIG.
第2の実施形態では、上記した浮遊容量Cpと検出点Aにおける電圧の変化との関係に着目して、浮遊容量Cpを推定するようにした。 In the second embodiment, the stray capacitance Cp is estimated focusing on the relationship between the stray capacitance Cp and the change in voltage at the detection point A described above.
具体的には、浮遊容量推定部26fは、充電経路が形成された直後の検出点Aの電圧V0と、充電経路が形成されてから所定時間t1経過してからの検出点Aの電圧V1とに基づいて検出点Aでの電圧変化率Vdを算出する。なお、図11では、実線e1のときの検出点Aの電圧をV1e1、線e2,e3,e4のときの検出点Aの電圧をそれぞれVe2,Ve3,Ve4で示した。
Specifically, the stray
電圧変化率Vdは、具体的には下記の式に示されるように、電圧V0の絶対値から電圧V1の絶対値を減算し、減算した値を電圧V0の絶対値で除して得られる値である。
電圧変化率Vd=(|V0|−|V1|)/|V0|
Specifically, the voltage change rate Vd is obtained by subtracting the absolute value of the voltage V1 from the absolute value of the voltage V0 and dividing the subtracted value by the absolute value of the voltage V0, as shown by the following equation. It is.
Voltage change rate Vd = (| V0 |-| V1 |) / | V0 |
そして、浮遊容量推定部26fは、算出された電圧変化率Vdに基づいて浮遊容量Cpを推定する。具体的に浮遊容量推定部26fでは、電圧変化率Vdが増加するにつれて、推定する浮遊容量Cpが減少するように設定される。
Then, the stray
なお、時刻t0において負電圧側に落ち込む電圧は、各スイッチS4,S5がオンされる前の浮遊容量Cpが満充電されていれば、浮遊容量Cpの大小にかかわらずほぼ同じ値(電圧V0)となる。したがって、浮遊容量推定部26fは、例えば時刻t1の電圧V1に基づいて浮遊容量Cpを推定するようにしてもよい。
The voltage falling to the negative voltage side at time t0 is substantially the same value (voltage V0) regardless of the magnitude of the stray capacitance Cp if the stray capacitance Cp before the switches S4 and S5 are turned on is fully charged. It becomes. Therefore, the stray
このように、浮遊容量推定部26fにおいては、簡素な構成でありながら、浮遊容量Cpを容易に推定することができる。また、簡素な構成であるため、劣化検出装置23の低コスト化も図ることができる。
As described above, in the stray
なお、上記した時刻t0から時刻t1までの所定時間は、任意の値に設定可能であるが、例えば浮遊容量Cpの大小による検出点Aの電圧変化(電圧変化率Vd)を区別できるような時間に設定されることが好ましい。 Although the predetermined time from time t0 to time t1 described above can be set to any value, for example, a time that can distinguish the voltage change (voltage change rate Vd) at the detection point A depending on the magnitude of the floating capacitance Cp. It is preferable to be set to
また、電圧検出部26cは、負電圧を検出することができるように構成されることから、検出点Aの電圧が負電圧側に落ち込む場合であっても、電圧を検出することができる。
Further, since the
また、電圧検出部26cは、A/D変換部25を用いて負電圧を検出するが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば図3に想像線で示すように、浮遊容量Cpを推定するために用いられるA/D変換部25aを新たに設けるようにしてもよい。
Further, although the
また、浮遊容量推定部26fは、検出点Aの電圧に基づいて浮遊容量Cpを推定するようにしたが、これに限られない。すなわち、例えば図8に示す検出点Bの電圧に基づいて浮遊容量Cpを推定するようにしてもよい。
In addition, although the stray
かかる検出点Bについて説明すると、先ず第7抵抗R7は、負極側の絶縁抵抗Rnの劣化を検出する第5経路P5に設けられ、一端側が車体GND(接地点)に接続されている。かかる第7抵抗R7の他端側に、検出点Bが設けられている。 The detection point B will be described. First, the seventh resistance R7 is provided on the fifth path P5 for detecting deterioration of the insulation resistance Rn on the negative electrode side, and one end side is connected to the vehicle body GND (grounding point). A detection point B is provided on the other end side of the seventh resistor R7.
そして図示は省略するが、浮遊容量Cpが存在している場合、検出点Bの電圧は、第1、第6スイッチS1,S6がオンされた瞬間に浮遊容量Cpによる突入電流が流れるため、正極側に一旦急速に上昇し、その後徐々に下降して戻るような電圧変化となる。したがって、浮遊容量推定部26fは、検出点Bの電圧に基づいて浮遊容量Cpを推定することもできる。なお、第6抵抗R6および第7抵抗R7は、電圧検出用抵抗の一例である。
Although illustration is omitted, when stray capacitance Cp is present, the voltage at detection point B is positive because the rush current due to stray capacitance Cp flows at the moment the first and sixth switches S1 and S6 are turned on. The voltage changes so that it rises rapidly to the side and then gradually falls back. Therefore, the stray
劣化検出部26eは、浮遊容量推定部26fで推定された浮遊容量Cpに基づき、キャパシタC1の電圧VRp,VRnを補正する。図12は、劣化検出部26eで行われる補正処理を説明するためのグラフである。
The
図12に示す例では、正極側の絶縁抵抗Rpの劣化を検出する充電回路(第4経路P4)が形成されたときのキャパシタC1の充電電圧の変化を示している。なお、図12に示す例では、浮遊容量Cpが存在しない場合の充電電圧の変化を実線で示す一方、浮遊容量Cpが存在する場合の充電電圧の変化を一点鎖線で示している。 The example shown in FIG. 12 shows a change in the charging voltage of the capacitor C1 when the charging circuit (fourth path P4) for detecting the deterioration of the insulation resistance Rp on the positive electrode side is formed. In the example shown in FIG. 12, the change in the charging voltage in the absence of the stray capacitance Cp is indicated by a solid line, while the change in the charging voltage in the presence of the stray capacitance Cp is indicated by an alternate long and short dash line.
浮遊容量Cpが存在する場合、キャパシタC1は、第4、第5スイッチS4,S5がオンされて第4経路P4が形成された瞬間(時刻t0)に浮遊容量Cpによる突入電流が流れ込み、よって浮遊容量Cpが存在しない場合と比べて充電電圧は急速に増加する。かかる充電電圧の増加分Vfは、浮遊容量Cpが大きくなるにつれて、言い換えれば、突入電流が大きくなるにつれて増える。 When stray capacitance Cp exists, the rush current by the stray capacitance Cp flows into the capacitor C1 at the moment (time t0) at which the fourth and fifth switches S4 and S5 are turned on and the fourth path P4 is formed. The charging voltage increases rapidly as compared to the case where the capacitance Cp is not present. The increase Vf of the charging voltage increases as the stray capacitance Cp increases, in other words, as the inrush current increases.
そこで、劣化検出部26eは、推定された浮遊容量Cpに基づき、浮遊容量Cpによって生じたキャパシタC1の充電電圧の増加分Vfを算出する。そして、劣化検出部26eは、第4経路P4の形成後の第2経路(放電経路)P2のときに電圧検出部26cで検出されるキャパシタC1の電圧VRpを増加分Vfで補正するようにする。すなわち、検出されたキャパシタC1の電圧VRpから増加分Vfを減算した値を、新たな電圧VRpとして置き換えるようにする。
Therefore, the
また、劣化検出部26eは、第5経路P5の形成後の第2経路P2のときに電圧検出部26cで検出されるキャパシタC1の電圧VRnについても、増加分Vfで補正するようにしてもよい。
In addition, the
そして、劣化検出部26eは、補正されたキャパシタC1の電圧VRp,VRnに基づいて絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出を行うことで、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出の精度を向上させることができる。
Then, the
<5.第2の実施形態における充電状態監視処理および劣化検出処理の具体的動作>
次に、第2の実施形態に係る電池監視システム20で行われる、充電状態監視処理および劣化検出処理の具体的な動作について図13を参照して説明する。図13は、第2の実施形態に係る電池監視システム20が実行する処理の処理手順の一部を示すフローチャートである。なお、図13においては、第1の実施形態と同一の処理については、同一のステップ番号を付した。
<5. Specific Operations of Charge State Monitoring Process and Deterioration Detection Process in Second Embodiment>
Next, specific operations of the charge state monitoring process and the deterioration detection process performed by the
図13に示すように、制御部26は、ステップS1で第1スタック電圧を検出した後、第4経路P4を形成して検出点Aにおける電圧V0,V1を検出する(ステップS1a)。そして、制御部26は、電圧変化率Vdを算出し(ステップS1b)、算出した電圧変化率Vdに基づいて浮遊容量Cpを推定する(ステップS1c)。
As shown in FIG. 13, after detecting the first stack voltage in step S1, the
続いて、制御部26は、ステップS2からステップS4で、キャパシタC1の電圧VRp、第2スタック電圧、キャパシタC1の電圧VRnを検出した後、浮遊容量Cpに基づいて電圧VRp,VRnを補正する(ステップS4a)。
Subsequently, the
これにより、制御部26は、補正された電圧VRp,VRnをステップS6以降の処理で用いることとなり、結果として絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出を精度よく行うことができる。
As a result, the
また、制御部26は、浮遊容量Cpを推定する処理を、電圧VRp,VRnの検出や絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出を行う一連の処理の中で行うため、処理効率がよく、かつ、リアルタイム性に優れた処理とすることができる。
In addition, since the
上述してきたように、第2の実施形態に係る劣化検出装置23は、キャパシタC1と、電圧検出用抵抗(第6、第7抵抗R6,R7)と、電圧検出部26cと、浮遊容量推定部26fと、劣化検出部26eとを備える。キャパシタC1は、絶縁された電源に接続されて充放電を行う。電圧検出用抵抗は、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出する充電経路(第4、第5経路P4,P5)に設けられ、一端側が接地点に接続される。電圧検出部26cは、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出する充電経路が形成された後に、キャパシタC1の電圧VRp,VRn、および、電圧検出用抵抗の他端側にある検出点A,Bの電圧を検出する。浮遊容量推定部26fは、検出点A,Bの電圧に基づいて充電経路の浮遊容量Cpを推定する。劣化検出部は、キャパシタC1の電圧VRp,VRn、および、浮遊容量Cpに基づいて絶縁抵抗Rp,Rnの劣化を検出する。
As described above, the
これにより、簡易な構成でありながら浮遊容量Cpを推定することができ、推定した浮遊容量Cpを用いることで、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出の精度を向上させることができる。 As a result, the stray capacitance Cp can be estimated with a simple configuration, and by using the estimated stray capacitance Cp, the accuracy of detecting the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn can be improved.
なお、上記した第2の実施形態において、絶縁抵抗Rp,Rnの劣化検出では、電圧VRp+VRnを算出してしきい値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、例えばキャパシタC1の電圧VRp、電圧VRnをそれぞれ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。かかる場合に、電圧VRp、電圧VRnとそれぞれ比較されるしきい値は、同じ値であっても異なる値に設定されてもよい。 Although the voltage VRp + VRn is calculated and compared with the threshold value Va in the detection of deterioration of the insulation resistances Rp and Rn in the second embodiment described above, the present invention is not limited to this. That is, for example, the deterioration of the insulation resistances Rp and Rn may be detected by comparing the voltage VRp of the capacitor C1 and the voltage VRn with the respective threshold values. In such a case, the threshold values respectively compared with voltage VRp and voltage VRn may be set to the same value or different values.
また、第1、第2の実施形態では、第1スタック電圧、電圧VRp、第2スタック電圧、電圧VRnの順で検出するようにしたが、これは例示であって限定されるものではなく、検出の順番は任意に設定することができる。 In the first and second embodiments, the first stack voltage, the voltage VRp, the second stack voltage, and the voltage VRn are detected in this order, but this is an example and is not limited. The order of detection can be set arbitrarily.
また、第1、第2の実施形態において劣化検出処理を実行するタイミングは、上記に限定されるものではない。すなわち、例えば車両始動時や車両停止時、所定時間間隔や所定走行距離ごとなど、劣化検出処理を実行するタイミングを変更してもよい。 Moreover, the timing which performs a degradation detection process in 1st, 2nd embodiment is not limited above. That is, for example, the timing at which the deterioration detection process is performed may be changed, for example, at the time of starting the vehicle or at the time of stopping the vehicle, at predetermined time intervals or at predetermined traveling distances.
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。 Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the invention are not limited to the specific details and representative embodiments represented and described above. Accordingly, various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.
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 電池監視システム
23 劣化検出装置
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 充電状態監視部
26e 劣化検出部
26f 浮遊容量推定部
30 車両制御装置
40 モータ
50 電圧変換器
51 昇圧コンバータ
60 フェールセーフ用リレー
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路に設けられ、一端側が接地点に接続される電圧検出用抵抗と、
前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する充電経路が形成された後に、前記キャパシタの電圧、および、前記電圧検出用抵抗の他端側にある検出点の電圧を検出する電圧検出部と、
前記検出点の電圧に基づいて前記充電経路の浮遊容量を推定する浮遊容量推定部と、
前記キャパシタの電圧、および、前記浮遊容量に基づいて前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する劣化検出部と
を備え、
前記浮遊容量推定部は、
前記充電経路が形成された直後の前記検出点の電圧と、前記充電経路が形成されてから所定時間経過してからの前記検出点の電圧とに基づいて前記検出点での電圧変化率を算出し、当該電圧変化率に基づいて前記浮遊容量を推定すること
を特徴とする劣化検出装置。 A capacitor connected to an isolated power supply for charging and discharging;
A voltage detection resistor provided in a charge path for detecting deterioration of the insulation resistance of the power supply, one end of which is connected to the ground point;
A voltage detection unit for detecting a voltage of the capacitor and a voltage at a detection point on the other end side of the voltage detection resistor after the charge path for detecting the deterioration of the insulation resistance of the power supply is formed;
A floating capacity estimation unit configured to estimate floating capacity of the charge path based on the voltage of the detection point;
And a degradation detection unit that detects degradation of the insulation resistance of the power supply based on the voltage of the capacitor and the stray capacitance .
The stray capacity estimation unit
The voltage change rate at the detection point is calculated based on the voltage at the detection point immediately after the charge path is formed and the voltage at the detection point after a predetermined time has elapsed since the charge path was formed. And the stray capacitance is estimated based on the voltage change rate .
推定された前記浮遊容量に基づき、前記浮遊容量によって生じた前記キャパシタの充電電圧の増加分を算出し、前記電圧検出部で検出された前記キャパシタの電圧を前記増加分で補正して、前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出すること
を特徴とする請求項1に記載の劣化検出装置。 The deterioration detection unit is
Based on the estimated stray capacitance, an increase in the charging voltage of the capacitor generated by the stray capacitance is calculated, and the voltage of the capacitor detected by the voltage detection unit is corrected with the increase, and the power supply The deterioration detection device according to claim 1, wherein the deterioration of the insulation resistance of the sensor is detected.
前記検出点の電圧に基づいて前記充電経路の浮遊容量を推定する浮遊容量推定工程と、
前記キャパシタの電圧、および、前記浮遊容量に基づいて前記電源の絶縁抵抗の劣化を検出する劣化検出工程と
を含み、
前記浮遊容量推定工程は、
前記充電経路が形成された直後の前記検出点の電圧と、前記充電経路が形成されてから所定時間経過してからの前記検出点の電圧とに基づいて前記検出点での電圧変化率を算出し、当該電圧変化率に基づいて前記浮遊容量を推定すること
を特徴とする劣化検出方法。 After the charging path for detecting the deterioration of the insulation resistance of the power supply is formed, the voltage for the capacitor and the charging path for detecting the deterioration of the insulation resistance of the power supply are provided, and one end is connected to the ground point A voltage detection step of detecting a voltage at a detection point on the other end side of the resistor;
A floating capacity estimation step of estimating floating capacity of the charge path based on the voltage at the detection point;
Voltage of the capacitor, and, seen including a deterioration detecting step for detecting deterioration of the insulation resistance of the power supply on the basis of the stray capacitance,
The stray capacity estimation step
The voltage change rate at the detection point is calculated based on the voltage at the detection point immediately after the charge path is formed and the voltage at the detection point after a predetermined time has elapsed since the charge path was formed. And estimating the floating capacity based on the voltage change rate .
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