JP6676026B2 - 地絡検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、フライングキャパシタを用いた地絡検出装置に関する。

駆動源としてエンジンと電気モータとを備えるハイブリッド車や、電気自動車のような車両においては、車体上に搭載したバッテリを充電し、バッテリから供給される電気エネルギーを利用して推進力を発生する。一般に、バッテリ関連の電源回路は、２００Ｖ以上の高電圧を扱う高電圧回路として構成されており、安全性確保ため、バッテリを含む高電圧回路は接地の基準電位点となる車体から電気的に絶縁された非接地構成となっている。

非接地の高電圧バッテリを搭載した車両では、高電圧バッテリが設けられた系、具体的には、高電圧バッテリからモータに至るメインの電源系と車体との絶縁状態（地絡）を監視するために地絡検出装置が備えられている。地絡検出装置は、フライングキャパシタと呼ばれるコンデンサを利用した方式が広く用いられている。

図８は、フライングキャパシタ方式の従来の地絡検出装置の回路例を示す図である。本図に示すように地絡検出装置４００は、非接地の高電圧バッテリ３００と接続し、高電圧バッテリ３００が設けられた系の地絡を検出する装置である。ここで、高電圧バッテリ３００の正極側と接地間の絶縁抵抗をＲＬｐと表し、負極側と接地間の絶縁抵抗をＲＬｎと表すものとする。正極側絶縁抵抗ＲＬｐと負極側絶縁抵抗ＲＬｎとの合成抵抗が絶縁抵抗ＲＬとなる。

本図に示すように、地絡検出装置４００は、フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサＣ１を備えている。また、計測経路を切り換えるとともに、検出用コンデンサＣ１の充電および放電を制御するために、検出用コンデンサＣ１の周辺に４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を備えている。さらに、検出用コンデンサＣ１の充電電圧に相当する計測用の電圧をサンプリングするためのスイッチング素子Ｓａを備えている。

地絡検出装置４００では、絶縁抵抗ＲＬを算出するために、Ｖ０計測期間→Ｖｃ１ｎ計測期間→Ｖ０計測期間→Ｖｃ１ｐ計測期間を１サイクルとして計測動作を繰り返す。いずれの計測期間とも、計測対象の電圧で検出用コンデンサＣ１を充電してから、検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測を行なう。そして、次の計測のために検出用コンデンサＣ１の放電を行なう。

Ｖ０計測期間では、高電圧バッテリ３００電圧に相当する電圧を計測する。このため、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２をオンにし、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４をオフにして、検出用コンデンサＣ１を充電する。すなわち、図９（ａ）に示すように、高電圧バッテリ３００、充電抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１が計測経路となる。

検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測時には、図９（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２をオフにし、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４をオンにするとともに、スイッチング素子Ｓａをオンにして制御装置４２０でサンプリングを行なう。その後、図９（ｃ）に示すように、スイッチング素子Ｓａをオフにして次の計測のために検出用コンデンサＣ１の放電を行なう。検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測時、検出用コンデンサＣ１の放電時の動作は他の計測期間においても同様である。

Ｖｃ１ｎ計測期間では、負極側絶縁抵抗ＲＬｎの影響を反映した電圧を計測する。このため、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオンにし、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオフにして、検出用コンデンサＣ１を充電する。すなわち、図１０（ａ）に示すように、高電圧バッテリ３００、充電抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１、負極接地側抵抗Ｒ４、接地、負極側絶縁抵抗ＲＬｎが計測経路となる。

Ｖｃ１ｐ計測期間では、正極側絶縁抵抗ＲＬｐの影響を反映した電圧を計測する。このため、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ３をオンにし、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４をオフにして、検出用コンデンサＣ１を充電する。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、高電圧バッテリ３００、正極側絶縁抵抗ＲＬｐ、接地、正極接地側抵抗Ｒ３、充電抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１が計測経路となる。

これらの計測期間で得られたＶ０、Ｖｃ１ｎ、Ｖｃ１ｐから算出される（Ｖｃ１ｐ＋Ｖｃ１ｎ）／Ｖ０に基づいて、（ＲＬｐ×ＲＬｎ）／（ＲＬｐ＋ＲＬｎ）を求めることができることが知られている。このため、地絡検出装置４００内の制御装置４２０は、Ｖ０、Ｖｃ１ｎ、Ｖｃ１ｐを測定することにより、正極側絶縁抵抗ＲＬｐ、負極側絶縁抵抗ＲＬｎの合成抵抗である絶縁抵抗ＲＬを算出することができる。そして、絶縁抵抗ＲＬが所定の判定基準レベル以下となった場合に、地絡が発生しているものとして判定し、警報を出力する。

特開２００９−２８１９８６号公報

従来の地絡検出装置は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を、絶縁型のスイッチング素子である光ＭＯＳ−ＦＥＴを４個用いて構成している。しかしながら、光ＭＯＳ−ＦＥＴは、高価であるため地絡検出装置のコスト増を招いている。

そこで、本発明は、フライングキャパシタを用いた地絡検出装置において、スイッチング素子に起因するコスト増を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の地絡検出装置は、 非接地の高電圧バッテリと接続し、前記高電圧バッテリが設けられた系の地絡を検出する地絡検出装置であって、フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサと、前記高電圧バッテリの正極側と接続する正極電源側抵抗と、前記高電圧バッテリの負極側と接続する負極電源側抵抗と、一端が接地し、他端の電圧が前記制御部によって測定される正極接地側抵抗と、一端が接地した負極側接地側抵抗と、前記検出用コンデンサの一端の接続先を、前記正極電源側抵抗を含む経路と、前記正極接地側抵抗を含む経路とで択一的に切り換えるリレーが並列接続された正極側ツインリレーと、前記検出用コンデンサの他端の接続先を、前記負極電源側抵抗を含む経路と、前記負極接地側抵抗を含む経路とで択一的に切り換えるリレーが並列接続された負極側ツインリレーと、前記正極側ツインリレーおよび前記負極側ツインリレーの切り換えを制御し、前記検出用コンデンサの充電電圧に基づいて前記高電圧バッテリが設けられた系の絶縁抵抗を算出する制御部と、を備え、前記制御部は、算出された絶縁抵抗が、前記正極電源側抵抗あるいは前記負極電源側抵抗と等しいとみなせる場合に、前記正極側ツインリレーまたは前記負極側ツインリレーで電源側の固着故障が発生した可能性があると判定することを特徴とする。
ここで、前記制御部は、前記正極側ツインリレーまたは前記負極側ツインリレーで電源側の固着故障が発生した可能性があると判定した場合に、絶縁抵抗の算出を複数回行ない、算出された絶縁抵抗が変動した場合に、固着故障ではなく、地絡が発生したと判定することができる。
また、前記制御部は、前記正極側ツインリレーまたは前記負極側ツインリレーで電源側の固着故障が発生した可能性があると判定した場合に、絶縁抵抗の算出を複数回行ない、算出された絶縁抵抗が変動しない場合に、前記正極側ツインリレーまたは前記負極側ツインリレーで電源側固着が発生したと判定することができる。
また、前記制御部は、前記絶縁抵抗の算出の際に、前記正極電源側抵抗および前記負極接地側抵抗を含んだ回路に切換えたときの前記検出コンデンサの充電電圧および前記負極電源側抵抗および前記正極接地側抵抗を含んだ回路に切換えたときの前記検出コンデンサの充電電圧を測定し、いずれかの充電電圧が０である場合に、前記正極側ツインリレーまたは前記負極側ツインリレーで接地側固着が発生したと判定することができる。
また、前記制御部は、前記正極側ツインリレーまたは前記負極側ツインリレーで固着が発生したと判定した場合に、さらに氷結可能性を判定することができる。

本発明によれば、フライングキャパシタを用いた地絡検出装置において、コスト増の起因となる光ＭＯＳ−ＦＥＴを用いていないため、スイッチング素子に起因するコスト増を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る地絡検出装置の構成を示すブロック図である。 Ｃ接点スイッチにツインリレーを用いた第１の回路例を示す図である。 Ｃ接点スイッチにツインリレーを用いた第２の回路例を示す図である。 Ｃ接点スイッチにツインリレーを用いた第３の回路例を示す図である。 ツインリレーで接地側固着が生じた場合を説明する図である。 ツインリレーで電源側固着が生じた場合を説明する図である。 ツインリレーを用いた地絡検出装置のスイッチ故障検出処理を説明するフローチャートである。 フライングキャパシタ方式の従来の地絡検出装置の回路例を示す図である。 Ｖ０計測期間の計測経路を示す図である。 Ｖｃ１ｎ計測期間とＶｃ１ｐ計測期間の計測経路を示す図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る地絡検出装置１００の構成を示すブロック図である。本図に示すように地絡検出装置１００は、非接地の高電圧バッテリ３００と接続し、高電圧バッテリ３００が設けられた系の地絡を検出するフライングキャパシタ方式の装置である。ここで、高電圧バッテリ３００の正極側と接地間の絶縁抵抗をＲＬｐと表し、負極側と接地間の絶縁抵抗をＲＬｎと表すものとする。なお、高電圧とは、車両内の各種機器（ランプ、ワイパー等）を駆動させるための低電圧バッテリ（一般的には１２Ｖ）よりも高い電圧を意味し、高電圧バッテリ３００は、車両走行の駆動用に用いられるバッテリである。

高電圧バッテリ３００は、リチウムイオン電池等のように充電可能なバッテリにより構成されており、図示しない高圧バスバーを経由して放電し、メインリレー、インバータ等を介して接続された電気モータを駆動する。また、回生時や充電設備接続時には、高圧バスバーを介して充電を行なう。

高電圧バッテリ３００の正極側電源ライン３０１と接地電極との間および負極側電源ライン３０２と接地電極との間には、電源の高周波ノイズを除去したり動作を安定化するために、それぞれＹコンデンサ（ライン・バイパス・コンデンサ）と呼ばれるコンデンサＣＹｐ、ＣＹｎが接続されている。ただし、Ｙコンデンサは省くようにしてもよい。

本図に示すように、地絡検出装置１００は、フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサＣ１を備えるとともに、検出用コンデンサＣ１の充電電圧に相当する計測用の電圧をサンプリングするためのスイッチング素子Ｓａを備えている。ただし、スイッチング素子Ｓａは省くことも可能である。また、マイクロコンピュータ等で構成された制御装置１２０を備えている。制御装置１２０は、あらかじめ組み込まれたプログラムを実行することにより、後述するスイッチ切り換え処理等の地絡検出装置１００に必要とされる各種制御を実行する。

図９、図１０を参照して説明したように、各計測期間の計測経路では、正極側電源ライン３０１系のスイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ３とが同時にオンになることは無く、負極側電源ライン３０２系のスイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ４とが同時にオンになることは無い。すなわち、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ３とは排他的に切り換えられ、スイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ４とは排他的に切り換えられる。

このため、地絡検出装置１００では、正極側電源ライン３０１系のスイッチング素子として、正極側Ｃ接点スイッチ１１１を用い、負極側電源ライン３０２系のスイッチング素子として、負極側Ｃ接点スイッチ１１２を用いている。正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２は、例えば、高耐圧−小信号のメカニカルリレーやリードリレーで構成することができる。

正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２とも共通接点ｃが検出用コンデンサＣ１側に配置される。具体的には、正極側Ｃ接点スイッチ１１１の共通接点ｃは、ダイオードＤ１と充電抵抗Ｒ１の経路と、放電抵抗Ｒ２とダイオードＤ２との経路との並列回路を経由して検出用コンデンサＣ１の正側極板に接続し、負極側Ｃ接点スイッチ１１２の共通接点ｃは、検出用コンデンサＣ１の負側極板に接続している。充電時の経路となるダイオードＤ１は、正極側Ｃ接点スイッチ１１１から検出用コンデンサＣ１が順方向となる向きで接続され、放電時の経路となるダイオードＤ２は逆方向で接続されている。

正極側Ｃ接点スイッチ１１１の接点ａは、正極電源側抵抗Ｒａを介して正極側電源ライン３０１に接続し、負極側Ｃ接点スイッチ１１２の接点ａは、負極電源側抵抗Ｒｂを介して正極側電源ライン３０１に接続している。すなわち、いずれのＣ接点スイッチとも高電圧バッテリ３００側を接点ａとしている。

正極側Ｃ接点スイッチ１１１の接点ｂは、スイッチング素子Ｓａに接続するとともに、他端が接地された正極接地側抵抗Ｒ３と接続している。負極側Ｃ接点スイッチ１１２の接点ｂは、他端が接地された負極接地側抵抗Ｒ４と接続している。すなわち、いずれのＣ接点スイッチとも制御装置１２０側（接地側）を接点ｂとしている。

図１に示すように、正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２は、制御装置１２０により独立に切換制御される。制御装置１２０は、正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２、スイッチング素子Ｓａを独立に切換制御することにより、計測経路を切り換えるとともに、検出用コンデンサＣ１の充電および放電、充電電圧の計測を行なう。

具体的には、Ｖ０計測期間では、正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２とも接点ａ側に切り換え、高電圧バッテリ３００、正極電源側抵抗Ｒａ、充電抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１、負極電源側抵抗Ｒｂという計測経路を形成する。

検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測時には、正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２とも接点ｂ側に切り換え、スイッチング素子Ｓａをオンにする。その後、スイッチング素子Ｓａをオフにして次の計測のために主として放電抵抗Ｒ２を利用して検出用コンデンサＣ１の放電を行なう。検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測時、放電時の動作は他の計測期間においても同様である。

Ｖｃ１ｎ計測期間では、正極側Ｃ接点スイッチ１１１を接点ａ側、負極側Ｃ接点スイッチ１１２を接点ｂ側に切り換え、高電圧バッテリ３００、正極電源側抵抗Ｒａ、充電抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１、負極接地側抵抗Ｒ４、接地、負極側絶縁抵抗ＲＬｎという計測経路を形成する。

Ｖｃ１ｐ計測期間では、正極側Ｃ接点スイッチ１１１を接点ｂ側、負極側Ｃ接点スイッチ１１２を接点ａ側に切り換え、高電圧バッテリ３００、正極側絶縁抵抗ＲＬｐ、接地、正極接地側抵抗Ｒ３、充電抵抗Ｒ１、検出用コンデンサＣ１、負極電源側抵抗Ｒｂという計測経路を形成する。

地絡検出装置１００において、正極電源側抵抗Ｒａ、負極電源側抵抗Ｒｂ、充電抵抗Ｒ１は、例えば、数１００ｋΩ程度の高抵抗とし、放電抵抗Ｒ２、正極接地側抵抗Ｒ３、負極接地側抵抗Ｒ４は、例えば、数ｋΩ程度の低抵抗とする。

充電抵抗Ｒ１とは別に正極側に正極電源側抵抗Ｒａを配置し、負極側に負極電源側抵抗Ｒｂを配置するとともに、正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２をＣ接点リレーで構成するため、いずれかのＣ接点スイッチで固着が生じたとしても、高電圧バッテリ３００と制御装置１２０との間には、高抵抗である正極電源側抵抗Ｒａあるいは負極電源側抵抗Ｒｂのいずれかが介在して電流制限がかかる。このため、制御装置１２０および通電回路を保護することができる。

さらに、仮にいずれかのＣ接点スイッチで接点ａと接点ｂとがショートしたとしても、高電圧バッテリ３００と制御装置１２０との間には、高抵抗である正極電源側抵抗Ｒａあるいは負極電源側抵抗Ｒｂのいずれかが介在して電流制限がかかるため、制御装置１２０を保護することができる。

また、正極側絶縁抵抗ＲＬｐおよび負極側絶縁抵抗ＲＬｎについて地絡と判定する基準値をＲＬｓとすると、正極側絶縁抵抗ＲＬｐおよび負極側絶縁抵抗ＲＬｎが基準値ＲＬｓのとき、Ｖ０計測期間、Ｖｃ１ｎ計測期間、Ｖｃ１ｐ計測期間で経路上の抵抗値が等しくなるように、
Ｒ１＋Ｒａ＋Ｒｂ＝Ｒ１＋Ｒ４＋Ｒａ＋ＲＬｎ＝Ｒ１＋Ｒ３＋Ｒｂ＋ＲＬｐ
という関係で各抵抗値を定めることにより、検出用コンデンサＣ１にセラミックコンデンサを用いた場合であっても、ＤＣバイアス特性の影響で地絡検出精度が低下することを防ぐことができる。

以上説明したように、本実施形態の地絡検出装置１００は、地絡検出のための測定経路の切り換えスイッチに、コスト増の起因となる光ＭＯＳ−ＦＥＴを用いていないため、スイッチング素子に起因するコスト増を抑制することができる。

ところで、Ｃ接点スイッチはメカニカルな接点構成のため、開閉耐久回数に制限がある。特に、通電電流や印加電圧が大きいほど、開閉耐久回数に与える影響が大きくなる。そこで、開閉耐久回数を向上させるために、図２に示すように、正極側Ｃ接点スイッチ１１１を１つの制御で同時に切り換わる正極側ツインリレー１１１Ｔ（１１１ａ、１１１ｂ）で構成し、負極側Ｃ接点スイッチ１１２を１つの制御で同時に切り換わる負極側ツインリレー１１２Ｔ（１１２ａ、１１２ｂ）で構成するとともに、ツインリレーの個々のリレーに並列に電流が分岐する経路を設ける。

これにより、それぞれのＣ接点スイッチの通電電流が分流されるため、Ｃ接点スイッチの電流負荷を軽減することができる。ツインリレーは、例えば、１コイル２Ｃ接点のリレーを用いることができる。正極側ツインリレー１１１Ｔ、負極側ツインリレー１１２Ｔの切換制御は、上述の正極側Ｃ接点スイッチ１１１、負極側Ｃ接点スイッチ１１２と同様である。

この場合、並列接続されたリレーの分流比率は、ツインリレーを構成するリレーの微小な接触抵抗に基づくため、個体毎のバラツキ等により一方のリレーに負荷が偏ってしまう場合がある。

そこで、図３に示すように、それぞれのリレーの接点ｃ側経路に小さな分流抵抗を接続してもよい。この場合、分流比率は分流抵抗にほぼ基づくため、分流抵抗値を揃えることでツインリレーを構成する一方のリレーへの負荷の偏りを防止することができる。

本図の例では、正極側ツインリレー１１１Ｔを構成するリレー１１１ａの経路に分流抵抗Ｒａ２１（＜＜Ｒ１）を接続し、リレー１１１ｂの経路に分流抵抗Ｒａ２２（＝Ｒａ２１）を接続している。また、負極側ツインリレー１１２Ｔを構成するリレー１１２ａの経路に分流抵抗Ｒｂ２１（＜＜Ｒ１）を接続し、リレー１１２ｂの経路に分流抵抗Ｒｂ２２（＝Ｒｂ２１）を接続している。

また、図４に示すように、分流抵抗を各リレーの接点ａ側経路および接点ｂ側経路に設けてもよい。本図の例では、抵抗Ｒａ１１をリレー１１１ａの接点ａ側に接続し、抵抗Ｒａ１２をリレー１１１ｂの接点ａ側に接続しており、抵抗Ｒｃ１をリレー１１１ａの接点ｂ側に接続し、抵抗Ｒｃ２をリレー１１１ｂの接点ｂ側に接続している。また、抵抗Ｒｂ１１をリレー１１２ａの接点ａ側に接続し、抵抗Ｒｂ１２をリレー１１２ｂの接点ａ側に接続しており、抵抗Ｒｄ１をリレー１１２ａの接点ｂ側に接続し、抵抗Ｒｄ２をリレー１１２ｂの接点ｂ側に接続している。

ここで、抵抗Ｒａ１１＝抵抗Ｒａ１２＝抵抗Ｒｂ１１＝抵抗Ｒｂ１２＞＞抵抗Ｒｃ１＝抵抗Ｒｃ２＝抵抗Ｒｄ１＝抵抗Ｒｄ２＞＞リレーの接触抵抗とする。

本図の例では、さらに、抵抗Ｒａ１１と抵抗Ｒａ１２の並列抵抗で正極電源側抵抗Ｒａの役割も担い、抵抗Ｒｂ１１と抵抗Ｒｂ１２の並列抵抗で負極電源側抵抗Ｒｂの役割も担っている。このため、図１と同じ抵抗とする場合には、抵抗Ｒａ１１＝抵抗Ｒａ１２＝抵抗Ｒｂ１１＝抵抗Ｒｂ１２＝２×正極電源側抵抗Ｒａ＝２×負極電源側抵抗Ｒｂとする。

これにより、いずれかのリレーが固着したり、ショートしても、抵抗Ｒａ１１、抵抗Ｒａ１２、抵抗Ｒｂ１１、抵抗Ｒｂ１２のいずれかで通電電流が制限される。このため、制御装置１２０を保護することができることに加え、測定経路を流れる電流が増加して絶縁抵抗が小さく検出されることによる地絡誤検出を防ぐことができる。なお、抵抗Ｒｃ１、抵抗Ｒｃ２、抵抗Ｒｄ１、抵抗Ｒｄ２は、図３に示した抵抗Ｒａ２１、Ｒａ２２、Ｒｂ２１、Ｒｂ２２に換えてもよい。

次に、ツインリレーを用いた場合のスイッチ故障検出について説明する。ツインリレーの場合には、スイッチ部分で並列回路が形成される。このため、ツインリレーを構成する一方のリレーで固着故障が発生した場合、正常な場合とは異なる閉回路が同時に形成されて、単なる常時オン、常時オフとは異なる状況が発生することがある。以下では、図２に示した回路を例に説明するが、図３、図４に示したツインリレーを用いた回路についても同様である。

例えば、図５（ａ）に示すように、正極側ツインリレー１１１Ｔの一方のリレーで接地側固着（スイッチの黒丸で固着状態を示している）が生じた場合は、正極側ツインリレー１１１Ｔを電源側に、負極側ツインリレー１１２Ｔを接地側に切換え制御するＶｃ１ｎ測定期間において、太実線で示す正常な回路に加え、太破線で示す回路が形成される。

このとき、検出用コンデンサＣ１を放電する閉回路が接地側に形成されるため、検出用コンデンサＣ１の充電電圧は０Ｖとなる。Ｖｃ１ｎ測定期間では、図示しない高電圧バッテリ３００のメイン経路で昇圧が行なわれ、２次側からの電流の回り込みが生じた場合以外では、検出用コンデンサＣ１の充電電圧が０Ｖとなることはない。

また、図５（ｂ）に示すように、負極側ツインリレー１１２Ｔの一方のリレーで接地側固着が生じた場合は、正極側ツインリレー１１１Ｔを接地側に、負極側ツインリレー１１２Ｔを電源側に切換え制御するＶｃ１ｐ測定期間において、太実線で示す正常な回路に加え、太破線で示す回路が形成される。

このとき、検出用コンデンサＣ１を放電する閉回路が接地側に形成されるため、検出用コンデンサＣ１の充電電圧は０Ｖとなる。Ｖｃ１ｐ測定期間では、通常、検出用コンデンサＣ１の充電電圧が０Ｖとなることはない。

一方、図６（ａ）に示すように、正極側ツインリレー１１１Ｔの一方のリレーで電源側固着が生じた場合は、正極側ツインリレー１１１Ｔを接地側に、負極側ツインリレー１１２Ｔを電源側に切換え制御するＶｃ１ｐ測定期間において、太実線で示す正常な回路に加え、太破線で示す回路が形成される。

この場合、検出用コンデンサＣ１の正側極板は、正極側絶縁抵抗ＲＬｐと並列に、正極電源側抵抗Ｒａを介して高電圧バッテリ３００の正極と接続される。このため、実際の正極側絶縁抵抗ＲＬｐが十分大きい場合には、正極電源側抵抗Ｒａの値が絶縁抵抗ＲＬとして算出されることになる。

なお、検出用コンデンサＣ１の充電電圧の計測時にも、固着リレーを介して高電圧バッテリ３００の正極が検出用コンデンサＣ１の正側極板に接続された状態になるが、正極接地側抵抗Ｒ３、負極接地側抵抗Ｒ４が正極電源側抵抗Ｒａに比べて十分小さいため、計測値に与える影響は小さい。

また、図６（ｂ）に示すように、負極側ツインリレー１１２Ｔの一方のリレーで電源側固着が生じた場合は、正極側ツインリレー１１１Ｔを電源側に、負極側ツインリレー１１２Ｔを接地側に切換え制御するＶｃ１ｎ測定期間において、太実線で示す正常な回路に加え、太破線で示す回路が形成される。

この場合、検出用コンデンサＣ１の負側極板は、負極側絶縁抵抗ＲＬｎと並列に、負極電源側抵抗Ｒｂを介して高電圧バッテリ３００の負極と接続される。このため、実際の絶縁抵抗ＲＬｎが十分大きい場合には、負極電源側抵抗Ｒｂの値が絶縁抵抗ＲＬとして算出されることになる。

以上から、ツインリレーを用いた地絡検出装置１００は、図７に示すようなスイッチ故障検出処理を行なうことができる。スイッチ故障検出処理は、制御装置１２０の制御により行なわれる。スイッチ故障検出処理は、通常の地絡判定処理の一連のシーケンスとして行なうことができる。もちろん、スイッチ故障検出モードを設け、通常の地絡判定処理とは別に行なうようにしてもよい。また、スイッチ故障検出処理は、専用回路を設けることなく通常の計測回路のみで行なうことができる。

スイッチ故障検出処理では、通常の計測サイクルに従って、Ｖ０、Ｖｃ１ｎ、Ｖｃ１ｐをそれぞれ計測する（Ｓ１０１）。なお、ここでは、高電圧バッテリ３００の昇圧は行なっていないものとする。

計測で得られたＶｃ１ｎが０Ｖ、あるいはＶｃ１ｐが０Ｖであれば（１０２：Ｙｅｓ）、ツインリレーで接地側固着が発生していると判定する。ここで、Ｖｃ１ｎが０Ｖのときは、正極側ツインリレー１１１Ｔで接地側固着が発生し、Ｖｃ１ｐが０Ｖのときは、負極側ツインリレー１１２Ｔで接地側固着が発生していると判定する。

一方で、固着は発生しているが、氷結による固着であり固着故障は発生していない可能性もある。そこで、氷結している可能性がある場合には（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、リレーを加温して（Ｓ１０４）、再度計測を行なう（Ｓ１０１）。ここで、氷結している可能性については、例えば、温度が０℃以下の場合に可能性ありと判定することができる。また、温度変化が大きい場合に氷結が発生しやすいことから、温度が０℃以下であって、所定時間前からの温度変化が所定の基準値以上の場合に可能性ありと判定してもよい。なお、温度が０℃以下であっても既にリレーの加温を行なっている場合は氷結している可能性はないと判定することができる。リレーの加温は、例えば、リレーの通電によるコイルの発熱を利用することができる。

氷結している可能性がない場合には（Ｓ１０３：Ｎｏ）、ツインリレーで接地側の固着故障が生じていると判定する（Ｓ１０５）。具体的には、Ｖｃ１ｎが０Ｖのときは、正極側ツインリレー１１１Ｔで接地側固着故障が発生していると判定し、Ｖｃ１ｐが０Ｖのときは、負極側ツインリレー１１２Ｔで接地側固着故障が発生していると判定する。

計測で得られたＶｃ１ｎ、Ｖｃ１ｐとも０Ｖでなければ（１０２：Ｎｏ）、通常の手順に従って絶縁抵抗ＲＬを算出する（Ｓ１０６）。算出された絶縁抵抗ＲＬが正極電源側抵抗Ｒａ、負極電源側抵抗Ｒｂのいずれとも等しくない場合は（Ｓ１０７：Ｎｏ）、「固着故障無し」と判定する（Ｓ１０８）。

このとき、算出された絶縁抵抗ＲＬも正しいものとして扱うことができる。なお、等しいか等しくないかの判定は厳密なものではなく、例えば、オーダーが同じで最上位桁が近似しておれば、等しいとみなすことができる。また、実装上は正極電源側抵抗Ｒａ＝負極電源側抵抗Ｒｂとすることが好ましいため、実際にはいずれか一方との比較で足りる。

算出された絶縁抵抗ＲＬが正極電源側抵抗Ｒａあるいは負極電源側抵抗Ｒｂのいずれかと等しい場合は（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、ツインリレーで電源側の固着故障が生じている可能性がある。ここで、算出された絶縁抵抗ＲＬが正極電源側抵抗Ｒａに等しいときは、正極側ツインリレー１１１Ｔで接地側固着の可能性があり、算出された絶縁抵抗ＲＬが負極電源側抵抗Ｒｂに等しいときは、負極側ツインリレー１１２Ｔで接地側固着の可能性がある。

ただし、いずれのリレーも固着しておらず、絶縁抵抗ＲＬが実際に正極電源側抵抗Ｒａあるいは負極電源側抵抗Ｒｂの値に低下している可能性もある。このため、この時点で地絡発生の警告を行なってもよいが、本実施形態ではさらに以下のような判別処理を行なっている。

すなわち、実際に地絡が発生している場合は、ノイズや電源変動等により絶縁抵抗ＲＬが変動する可能性が高い。このため、Ｖ０、Ｖｃ１ｎ、Ｖｃ１ｐの計測を繰り返し、絶縁抵抗ＲＬを複数回連続して算出する（Ｓ１１０）。そして、算出された絶縁抵抗ＲＬが変動すれば（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、リレー固着のスイッチ故障は発生しておらず、絶縁抵抗ＲＬが正極電源側抵抗Ｒａあるいは負極電源側抵抗Ｒｂの値に低下した地絡状態であると判定する（Ｓ１１２）。

算出された絶縁抵抗ＲＬが変動しなければ（Ｓ１１１：Ｎｏ）、さらに、高電圧バッテリ３００系の負荷動作状態を変更してＶ０、Ｖｃ１ｎ、Ｖｃ１ｐを計測し、絶縁抵抗ＲＬを算出する（Ｓ１１３）。ここで、負荷動作状態の変更は、例えば、メインリレーのオンオフ切換え、インバータのオンオフ切換え等である。

そして、算出された絶縁抵抗ＲＬが変動すれば（Ｓ１１４：Ｙｅｓ）、リレー固着のスイッチ故障は発生しておらず、絶縁抵抗ＲＬが正極電源側抵抗Ｒａあるいは負極電源側抵抗Ｒｂの値に低下した地絡状態であると判定する（Ｓ１１２）。

地絡状態であると判定した場合には、例えば、メインリレーのオンオフ時での計測、Ａ／Ｃインバータオンオフ時での計測、モータインバータオンオフ時での計測等を行なうことにより、地絡発生箇所の切り分け判定を行なうことができる。

算出された絶縁抵抗ＲＬが変動しなければ（Ｓ１１４：Ｎｏ）、リレー固着が生じているものとし、処理（Ｓ１０３）と同様に氷結可能性を判定する（Ｓ１１５）。そして、氷結している可能性がある場合には（Ｓ１１５：Ｙｅｓ）、リレーを加温して（Ｓ１１６）、再度計測を行なう（Ｓ１０１）。

氷結している可能性がない場合には（Ｓ１１５：Ｎｏ）、ツインリレーで電源側の固着故障が生じていると判定する（Ｓ１１７）。具体的には、Ｖｃ１ｎが０Ｖのときは、正極側ツインリレー１１１Ｔで接地側固着が発生していると判定し、Ｖｃ１ｐが０Ｖのときは、負極側ツインリレー１１２Ｔで接地側固着が発生していると判定する。

算出された絶縁抵抗ＲＬが正極電源側抵抗Ｒａに等しいときは、正極側ツインリレー１１１Ｔの接地側固着と判定し、算出された絶縁抵抗ＲＬが負極電源側抵抗Ｒｂに等しいときは、負極側ツインリレー１１２Ｔの接地側固着と判定するが、正極電源側抵抗Ｒａ＝負極電源側抵抗Ｒｂとしているときは、正極側ツインリレー１１１Ｔ、負極側ツインリレー１１２Ｔの切り分けはこの時点では不能である。

以上説明したように、本実施形態の地絡検出装置１００によれば、地絡検出のための測定経路の切り換えスイッチに、コスト増の起因となる光ＭＯＳ−ＦＥＴを用いていないため、スイッチング素子に起因するコスト増を抑制することができる。また、ツインリレーを用いた場合にも、リレー固着によるスイッチ故障を検出することができる。

１００ 地絡検出装置
１１１ 正極側Ｃ接点スイッチ
１１１Ｔ 正極側ツインリレー
１１２ 負極側Ｃ接点スイッチ
１１２Ｔ 負極側ツインリレー
１２０ 制御装置
３００ 高電圧バッテリ
Ｃ１ 検出用コンデンサ
Ｒ１ 充電抵抗
Ｒ２ 放電抵抗
Ｒ３ 正極接地側抵抗
Ｒ４ 負極接地側抵抗
ＲＬｎ 負極側絶縁抵抗
ＲＬｐ 正極側絶縁抵抗
Ｒａ 正極電源側抵抗
Ｒｂ 負極電源側抵抗

Claims (5)

1. 非接地の高電圧バッテリと接続し、前記高電圧バッテリが設けられた系の地絡を検出する地絡検出装置であって、
   フライングキャパシタとして動作する検出用コンデンサと、
   前記高電圧バッテリの正極側と接続する正極電源側抵抗と、
   前記高電圧バッテリの負極側と接続する負極電源側抵抗と、
   一端が接地した正極接地側抵抗と、
   一端が接地した負極接地側抵抗と、
   前記検出用コンデンサの一端の接続先を、前記正極電源側抵抗を含む経路と、前記正極接地側抵抗を含む経路とで択一的に切り換えるリレーが並列接続された正極側ツインリレーと、
   前記検出用コンデンサの他端の接続先を、前記負極電源側抵抗を含む経路と、前記負極接地側抵抗を含む経路とで択一的に切り換えるリレーが並列接続された負極側ツインリレーと、
   前記正極側ツインリレーおよび前記負極側ツインリレーの切り換えを制御し、前記高電圧バッテリ・前記正極電源側抵抗・前記検出用コンデンサ・前記負極電源側抵抗を含む測定経路、前記高電圧バッテリ・前記正極電源側抵抗・前記検出用コンデンサ・前記負極接地側抵抗を含む測定経路、前記高電圧バッテリ・前記正極接地側抵抗・前記検出用コンデンサ・前記負極電源側抵抗を含む測定経路を形成し、前記正極接地側抵抗に生じる電圧を介して測定される、それぞれの測定経路における前記検出用コンデンサの充電電圧に基づいて前記高電圧バッテリが設けられた系の絶縁抵抗の値を算出する制御部と、を備え、
   前記制御部は、算出された絶縁抵抗の値が、前記正極電源側抵抗の値あるいは前記負極電源側抵抗の値と等しいとみなせる場合に、前記正極側ツインリレーまたは前記負極側ツインリレーで電源側の固着故障が発生した可能性があると判定することを特徴とする地絡検出装置。
2. 前記制御部は、前記正極側ツインリレーまたは前記負極側ツインリレーで電源側の固着故障が発生した可能性があると判定した場合に、絶縁抵抗の算出を複数回行ない、算出された絶縁抵抗の値が変動した場合に、固着故障ではなく、地絡が発生したと判定することを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
3. 前記制御部は、前記正極側ツインリレーまたは前記負極側ツインリレーで電源側の固着故障が発生した可能性があると判定した場合に、絶縁抵抗の算出を複数回行ない、算出された絶縁抵抗の値が変動しない場合に、前記正極側ツインリレーまたは前記負極側ツインリレーで電源側固着が発生したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の地絡検出装置。
4. 前記制御部は、前記絶縁抵抗の算出の際に、前記高電圧バッテリ・前記正極電源側抵抗・前記検出用コンデンサ・前記負極接地側抵抗を含む測定経路に切換えたときの前記検出用コンデンサの充電電圧および前記高電圧バッテリ・前記正極接地側抵抗・前記検出用コンデンサ・前記負極電源側抵抗を含む測定経路に切換えたときの前記検出用コンデンサの充電電圧を測定し、いずれかの充電電圧が０である場合に、前記正極側ツインリレーまたは前記負極側ツインリレーで接地側固着が発生したと判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の地絡検出装置。
5. 前記制御部は、前記正極側ツインリレーまたは前記負極側ツインリレーで固着が発生したと判定した場合に、さらに氷結可能性を判定することを特徴とする請求項３または４に記載の地絡検出装置。

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