JP7039540B2 - 地絡検出装置 - Google Patents

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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14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。
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の一端に正極側C接点スイッチ111を備え、検出用コンデンサC1の他端に負極側C接点スイッチ112を備えている。
正極側C接点スイッチ111、負極側C接点スイッチ112とも共通接点cが検出用コンデンサC1側に配置されている。正極側C接点スイッチ111、負極側C接点スイッチ112とも高電圧バッテリ300側を接点aとしており、制御装置410側(接地側)を接点bとしている。
地絡検出装置400では、絶縁抵抗RLpおよびRLnを把握するために、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、正極側C接点スイッチ111、負極側C接点スイッチ112ともに接点a側に切り換え、検出用コンデンサC1を充電する。すなわち、高電圧バッテリ300、抵抗Ra、R1、検出用コンデンサC1、抵抗Rb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、正極側C接点スイッチ111、負極側C接点スイッチ112ともに接点b側に切り換え、制御装置410でサンプリングを行なう。その後、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、絶縁抵抗RLnの影響を反映した電圧を計測する。このため、正極側C接点スイッチ111を接点a側に、負極側C接点スイッチ112を接点b側に切り替え、検出用コンデンサC1を充電する。すなわち、高電圧バッテリ300、抵抗Ra、R1、検出用コンデンサC1、抵抗R3、接地、絶縁抵抗RLnが計測経路となる。
Vc1p計測期間では、絶縁抵抗RLpの影響を反映した電圧を計測する。このため、正極側C接点スイッチ111を接点b側に、負極側C接点スイッチ112を接点a側に切り替え、検出用コンデンサC1を充電する。すなわち、高電圧バッテリ300、絶縁抵抗RLp、接地、抵抗R2、R1、検出用コンデンサC1、抵抗Rb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、絶縁抵抗RLp、RLnの合成抵抗を把握することができる。そして、絶縁抵抗RLp、RLnの合成抵抗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。
なお、各計測期間において、検出用コンデンサC1をフル充電とすると、V0計測期間では高電圧バッテリ300の電圧値が得られ、Vc1n計測期間、Vc1p計測期間では、単に高電圧バッテリ300を絶縁抵抗RLp、RLnで分圧した値が得られてしまい、上述の式で絶縁抵抗を算出することができない。このため、例えば、検出用コンデンサC1が50%程度充電される程度の時間を各計測期間の充電時間とする。
特開2018-128320号公報
一般に、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するためや、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が接続される。このYコンデンサに蓄積された電荷は検出用コンデンサC1に移動することがあるが、Yコンデンサの容量が検出用コンデンサC1の容量に比べてかなり小さい場合には、Yコンデンサから検出用コンデンサC1に移動した電荷の量は、高電圧バッテリ300から検出用コンデンサC1に移動した電荷の量に比べてかなり小さく、地絡の検出が影響されることはない。
しかしながら、高電圧バッテリ300が充電設備をはじめとした高電圧設備と接続される場合等には、大容量のYコンデンサが接続される。このような場合には、Yコンデンサから検出用コンデンサC1に移動した電荷の量が高電圧バッテリ300から検出用コンデンサC1に移動した電荷の量に比べて無視できない量になり、地絡の検出に影響を与えてしまう。この影響を軽減するために検出用コンデンサC1の容量を大きくすると、その分充電速度が遅くなり、測定時間が長くなってしまう。
そこで、本発明は、検出用コンデンサの容量を大きくすることなく、様々な容量のYコンデンサに対応した地絡検出装置を提供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、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絶縁抵抗低下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第1の検出用コンデンサと、フライングキャパシタとして動作する第2の検出用コンデンサと、前記第1の検出用コンデンサおよび前記第2の検出用コンデンサの充電電圧を計測する制御部と、前記高電圧バッテリにより前記第1の検出用コンデンサを充電し、前記制御部により前記第1の検出用コンデンサの充電電圧を計測する第1の測定系を用いる状態と、前記高電圧バッテリにより前記第2の検出用コンデンサを充電し、前記制御部により前記第2の検出用コンデンサの充電電圧を計測する第2の測定系を用いる状態と、を切り替える切替部と、を備える。前記第2の検出用コンデンサの容量は、前記第1の検出用コンデンサの容量より小さく、前記第2の測定系において、前記高電圧バッテリにより前記第2の検出用コンデンサをフル充電し、前記制御部により前記第2の検出用コンデンサの充電電圧を計測するようにしてもよい。
前記地絡検出装置は、バッテリ正極側接点と第1の測定抵抗が接続された計測側接点とを切り替える第1の正極側C接点スイッチおよびバッテリ正極側接点と第2の測定抵抗が接続された計測側接点とを切り替える第2の正極第側C接点スイッチを含む正極側ツインリレーと、バッテリ負極側接点と接地側接点とを切り替える第1の負極側C接点スイッチおよびバッテリ負極側接点と接地側接点とを切り替える第2の負極側C接点スイッチを含む負極側ツインリレーと、前記第1の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第1の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、前記第1の検出用コンデンサとともに直列に接続された第1のスイッチと、前記第2の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第2の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、前記第2の検出用コンデンサとともに直列に接続された第2のスイッチと、バッテリ正極側と接地との間に正極側短絡抵抗とともに直列に接続された第3のスイッチと、バッテリ負極側と接地との間に負極側短絡抵抗とともに直列に接続されたsのスイッチと、をさらに備え、前記切替部は、第1のスイッチと第2のスイッチとからなり、前記制御部は、前記正極側ツインリレー、前記負極側ツインリレー、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第4のスイッチの動作を制御し、前記第1の測定抵抗または前記第2の測定抵抗に生じる電圧に基づいて絶縁抵抗低下を検出するようにしてもよい。
前記地絡検出装置は、バッテリ正極側接点と、第1の測定抵抗が接続された計測側接点とを切り替える第1の正極側C接点スイッチおよびバッテリ正極側接点と第2の測定抵抗が接続された計測側接点とを切り替える第2の正極側C接点スイッチを含む正極側ツインリレーと、バッテリ負極側接点と接地側接点とを切り替える第1の負極側C接点スイッチおよびバッテリ負極側接点と接地側接点とを切り替える第2の負極側C接点スイッチを含む負極側ツインリレーと、前記第1の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第1の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、前記第1の検出用コンデンサとともに直列に接続された第1のスイッチと、前記第2の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第2の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、前記第2の検出用コンデンサとともに直列に接続された第2のスイッチと、バッテリ正極側に接続した接点とバッテリ負極側に接続した接点とを切り替える第3のC点スイッチと、前記第3のC接点スイッチの共通接点と接地との間に短絡抵抗とともに直列に接続された第3のスイッチと、をさらに備え、前記切替部は、第1のスイッチと第2のスイッチとからなり、前記制御部は、前記正極側ツインリレー、前記負極側ツインリレー、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のC接点スイッチ、前記第3のスイッチ、の動作を制御し、前記第1の測定抵抗または前記第2の測定抵抗に生じる電圧に基づいて絶縁抵抗低下を検出するようにしてもよい。
前記地絡検出装置は、バッテリ正極側接点と、第1の測定抵抗が接続された計測側接点とを切り替える第1の正極側C接点スイッチおよびバッテリ正極側接点と第2の測定抵抗が接続された計測側接点とを切り替える第2の正極側C接点スイッチを含む正極側ツインリレーと、バッテリ負極側接点と接地側接点とを切り替える第1の負極側C接点スイッチおよびバッテリ負極側接点と接地側接点とを切り替える第2の負極側C接点スイッチを含む負極側ツインリレーと、前記第1の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第1の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、前記第1の検出用コンデンサとともに直列に接続された第1のスイッチと、前記第2の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第2の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、前記第2の検出用コンデンサとともに直列に接続された第2のスイッチと、前記第1の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第1の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、短絡抵抗とともに、前記第1の検出用コンデンサおよび前記第1のスイッチと並列になるように接続された第3のスイッチと、をさらに備え、前記切替部は、第1のスイッチと第2のスイッチとからなり、前記制御部は、前記正極側ツインリレー、前記負極側ツインリレー、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチの動作を制御し、前記第1の測定抵抗または前記第2の測定抵抗に生じる電圧に基づいて絶縁抵抗低下を検出するようにしてもよい。
前記地絡検出装置は、前記第2の検出用コンデンサの正極板と前記第2の正極側C接点リレーの計測側接点との間に接続された第5のスイッチをさらに備えるようにしてもよい。
本発明によれば、検出用コンデンサの容量を大きくすることなく、様々な容量のYコンデンサに対応した地絡検出装置が提供される。
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。 地絡検出装置の動作について説明するフローチャートである。 Vp測定について説明する図である。 Vn測定について説明する図である。 Vp′測定について説明する図である。 Vn′測定について説明する図である。 Vp2′測定について説明する図である。 Vn2′測定について説明する図である。 Vp3′測定について説明する図である。 Vn3′測定について説明する図である。 Vpの高速計測について説明する図である。 Vpの高速計測について説明する図である。 地絡検出装置の動作について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。
<地絡検出装置100>
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、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。
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、図示しないバスバーを経由して放電し、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、バスバーを介して充電を行なう。
一般に、高電圧バッテリ300の正極側電源ライン101と接地電極との間および負極側電源ライン102と接地電極との間には、電源の高周波ノイズを除去するためや、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が接続される。
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第1の検出用コンデンサC1と、フライングキャパシタとして動作する第2の検出用コンデンサC2と、制御装置110を備えている。
また、地絡検出装置100は、計測経路を切り替えるとともに、第1の検出用コンデンサC1および第2の検出用コンデンサC2の充電および放電を制御するために、第1の検出用コンデンサC1および第2の検出用コンデンサC2の一端に正極側ツインリレーSt1を備え、第1の検出用コンデンサC1および第2の検出用コンデンサC2の他端に負極側ツインリレーSt2とを備えている。
正極側ツインリレーSt1は、連動して動作する2つのC接点スイッチにより構成されており、第1のa接点a1と、第2のa接点a2と、第1のb接点b1と、第2のb接点b2と、第1のc接点c1と、第2のc接点c2と、から構成されている。正極側ツインリレーSt1は、c接点がa接点に接触した状態(つまり、第1のc接点c1が第1のa接点a1に接触し、第2のc接点c2が第2のa接点a2に接触した状態)と、c接点がb接点に接触した状態(つまり、第1のc接点c1が第1のb接点b1に接触し、第2のc接点c2が第2のb接点b2に接触した状態)と、の間で切り替わる。
負極側ツインリレーSt2は、連動して動作する2つのC接点スイッチにより構成されており、第3のa接点a3と、第4のa接点a4と、第3のb接点b3と、第4のb接点b4と、第3のc接点c3と、第4のc接点c4と、から構成されている。負極側ツインリレーSt2は、c接点がa接点に接触した状態(つまり、第3のc接点c3が第3のa接点a3に接触し、第4のc接点c4が第4のa接点a4に接触した状態)と、c接点がb接点に接触した状態(つまり、第3のc接点c3が第3のb接点b3に接触し、第4のc接点c4が第4のb接点b4に接触した状態)と、の間で切り替わる。
正極側ツインリレーSt1の第1のc接点c1は、スイッチS1と抵抗R11を介して、第1の検出用コンデンサC1の一端に接続しており、負極側ツインリレーSt2の第3のc接点c3は、第1の検出用コンデンサC1の他端に接続している。正極側ツインリレーSt1の第2のc接点c2は、スイッチS2と抵抗R12を介して、第2の検出用コンデンサC2の一端に接続しており、負極側ツインリレーSt2の第4のc接点c4は、第2の検出用コンデンサC2の他端に接続している。スイッチS1、S2は、光MOSFETのように絶縁型のスイッチング素子で構成することができる。
正極側ツインリレーSt1の第1のa接点a1は、抵抗Ra1、Ra2を介して、正極側電源ライン101に接続しており、正極側ツインリレーSt1の第2のa接点a2は、抵抗Ra1を介して、正極側電源ライン101に接続している。負極側ツインリレーSt2の第3のa接点a3は、抵抗Rb1、Rb2を介して、負極側電源ライン102に接続しており、負極側ツインリレーSt2の第4のa接点a4は、抵抗Rb1を介して、負極側電源ライン101に接続している。
正極側ツインリレーSt1の第1のb接点b1は、他端が接地した第1の測定抵抗R21と接続しており、正極側ツインリレーSt1の第1のb接点b1と第1の測定抵抗R21を接続するラインには、制御装置110が接続している。正極側ツインリレーSt1の第2のb接点b2は、他端が接地した第2の測定抵抗R22と接続しており、正極側ツインリレーSt1の第2のb接点b2と第2の測定抵抗R22を接続するラインには、制御装置110が接続している。負極側ツインリレーSt2の第3のb接点b3は、他端が接地した抵抗R31に接続しており、負極側ツインリレーSt2の第4のb接点b4は、他端が接地した抵抗R32に接続している。
制御装置110は、マイクロコンピュータ等で構成され、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、地絡検出装置100に必要とされる各種制御を実行する。具体的には、正極側ツインリレーSt1、負極側ツインリレーSt2、スイッチS1、S2を個別に制御して計測経路を切り替えるとともに、第1の検出用コンデンサC1、第2の検出用コンデンサC2の充電および放電を制御する。
また、制御装置110は、第1の検出用コンデンサC1、第2の検出用コンデンサC2の充電電圧に相当するアナログレベルを入力し、このアナログレベルに基づいて高電圧バッテリ300が設けられた系の絶縁抵抗の低下を検出する。
さらに、本実施形態では、正極側電源ライン101に、スイッチS31を介して、他端が接地した正極側短絡抵抗R41が接続されている。また、負極側電源ライン102に、スイッチS32を介して、他端が接地した負極側短絡抵抗R42が接続されている。スイッチS31、S32は、制御装置110により制御される。短絡抵抗R41、42の抵抗値は、安全性を考慮し、例えば、絶縁抵抗値と同程度の大きさにするとよい。
<Yコンデンサが大容量でない場合の制御>
本実施形態では、Yコンデンサの容量に応じて、地絡の検出方法を変える。そこで、本実施形態では、Yコンデンサの容量に応じて、地絡検出を行う際に用いる検出用コンデンサを変える。例えば、Yコンデンサの容量の第1の検出用コンデンサC1に対する割合が所定の値より小さく、Yコンデンサに蓄積された電荷が検出用コンデンサに移動する等による計測値への影響が小さい場合、図1に示したように、制御装置110は、スイッチS1をオンにし、スイッチS2をオフする。つまり、本実施形態では、大容量でないYコンデンサが接続された場合、第1の検出用コンデンサC1を用いて、高電圧バッテリ300と第1の検出用コンデンサC1と制御装置110とツインリレーSt1、St2からなる第1の測定系により地絡検出を行う。
本実施形態では、大容量でないYコンデンサが接続された場合、従来の方法で、地絡の検出を行う。具体的には、絶縁抵抗RLpおよびRLnを把握するために、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、第1の検出用コンデンサC1の充電電圧の計測を行なう。そして、次の計測のために第1の検出用コンデンサC1の放電を行なう。このとき、例えば、検出用コンデンサC1が50%程度充電される程度の時間を各計測期間の充電時間とし、検出用コンデンサC1がフル充電されないようにする。また、いずれの計測期間でも、スイッチS31、32はオフのままにしておく。
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、正極側ツインリレーSt1、負極側ツインリレーSt2ともにa接点側に切り換え、第1の検出用コンデンサC1を充電する。すなわち、高電圧バッテリ300、抵抗Ra1、Ra2、R11、第1の検出用コンデンサC1、抵抗Rb1、Rb2が計測経路となる。
第1の検出用コンデンサC1の充電電圧の計測時には、正極側ツインリレーSt1、負極側ツインリレーSt2ともにb接点側に切り換え、制御装置110でサンプリングを行なう。その後、次の計測のために第1の検出用コンデンサC1の放電を行なう。第1の検出用コンデンサC1の充電電圧の計測時、第1の検出用コンデンサ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、絶縁抵抗RLnの影響を反映した電圧を計測する。このため、正極側ツインリレーSt1をa接点側に、負極側ツインリレーSt2をb接点側に切り替え、第1の検出用コンデンサC1を充電する。すなわち、高電圧バッテリ300、抵抗Ra1、Ra2、R11、第1の検出用コンデンサC1、抵抗R31、接地、絶縁抵抗RLnが計測経路となる。
Vc1p計測期間では、絶縁抵抗RLpの影響を反映した電圧を計測する。このため、正極側ツインリレーSt1をb接点側に、負極側ツインリレーSt2をa接点側に切り替え、第1の検出用コンデンサC1を充電する。すなわち、高電圧バッテリ300、絶縁抵抗RLp、接地、抵抗R21、R11、第1の検出用コンデンサC1、抵抗Rb2、Rb1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100内の制御装置110は、V0、Vc1n、Vc1pを測定することにより、絶縁抵抗RLp、RLnの合成抵抗を把握することができる。そして、絶縁抵抗RLp、RLnの合成抵抗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。
<Yコンデンサが大容量である場合の制御>
高電圧バッテリ300が充電設備をはじめとした高電圧設備と接続される場合等には、大容量のYコンデンサが接続される。大容量のYコンデンサが接続された場合、地絡検出装置400において各計測を行なうときに、Yコンデンサに蓄積された電荷が検出用コンデンサに移動する等により計測値に影響を与えてしまう。
そこで、本実施形態では、例えば、Yコンデンサの容量の第1の検出用コンデンサC1に対する割合が所定の値より大きく、Yコンデンサに蓄積された電荷が検出用コンデンサC1に移動する等による計測値への影響が小さくない場合、上述した従来の方法とは異なる方法により地絡検出を行う。このとき、本実施形態では、図3-6に示したように、制御装置110は、スイッチS1をオフにし、スイッチS2をオンする。つまり、本実施形態では、大容量のYコンデンサが接続された場合、第2の検出用コンデンサC2を用いて、高電圧バッテリ300と第2の検出用コンデンサC2と制御装置110とツインリレーSt1、St2からなる第2の測定系により地絡検出を行う。スイッチS1、S2は、第1の測定系を用いる状態と、第2の測定系を用いる状態と、を切り替える切替部として機能する。
充電設備が高電圧バッテリ300に接続されたときには、接続を示す信号が充電設備から出される。そこで、例えば、制御装置110は、この信号を受けたときに、大容量のYコンデンサが接続されたと判定し、スイッチS1をオフにし、スイッチS2をオンにするようにすると良い。
本実施形態では、第2の検出用コンデンサC2をフル充電の状態で計測を行なう。そこで、本実施形態では、充電時間を短くするために、例えば、第2の検出用コンデンサC2の容量を、第1の検出用コンデンサC1の容量より小さくする。以下に説明するように、本実施形態では、大容量のYコンデンサ(CYp、CYn)が接続される場合であっても第2の検出用コンデンサC2は大容量とする必要はなく、計測のためのフル充電時間を短くすることができる。また、抵抗による高電圧バッテリ300の分圧値を計測するため、Yコンデンサの安定を待つ必要がない。
大容量のYコンデンサが接続された場合の(つまり、スイッチS1をオフにし、スイッチS2をオンしたとき)の地絡検出装置100の動作について図2のフローチャートを参照して説明する。上述のように、本実施形態では、第2の検出用コンデンサC2をフル充電の状態で計測を行ない、従来の絶縁抵抗算出とは異なる手法で地絡判定を行なう。
まず、図3(a)に示すように、正極側ツインリレーSt1をa接点側に、負極側ツインリレーSt2をb接点側に切り替え、スイッチS31、S32をオフにした状態で第2の検出用コンデンサC2をフル充電する。その後、正極側ツインリレーSt1をb接点側に切り替えることで、検出用コンデンサC2がフル充電されたときの充電電圧Vpを計測する(S101)。
ここで、充電電圧Vpは、図3(b)に示すように、高電圧バッテリ300の電圧Vbを抵抗RLpと抵抗RLnとで分圧したときに抵抗RLpに生じる電圧に相当する。
次に、図4(a)に示すように、正極側ツインリレーSt1をb接点側に、負極側ツインリレーSt2をa接点側に切り替え、スイッチS31、S32をオフにした状態で第2の検出用コンデンサC2をフル充電する。その後、負極側ツインリレーSt2をb接点側に切り替えることで、検出用コンデンサC2がフル充電されたときの充電電圧Vnを計測する(S102)。
ここで、充電電圧Vnは、図4(b)に示すように、高電圧バッテリ300の電圧Vbを抵抗Rpと抵抗Rnとで分圧したときに抵抗Rnに生じる電圧に相当する。なお、充電電圧Vnの計測と充電電圧Vpの計測の順序は問わない。
充電電圧Vpの方が充電電圧Vnより小さい場合(S103:Yes)は、その小ささの度合いが所定の基準より大きいとき、例えば、Vn/Vp>基準値Pのとき(S104:Yes)は、正極側絶縁抵抗RLpが低下していると判定する(S105)。
これは、充電電圧Vpが充電電圧Vnよりも小さいことは、正極側絶縁抵抗RLpが負極側絶縁抵抗RLnよりも小さいことを意味し、その度合いが大きいほど、正極側絶縁抵抗RLpが低下していると考えられるためである。
同様に、充電電圧Vnが充電電圧Vpより小さい場合(S103:No)は、その小ささの度合いが所定の基準より大きいとき、例えば、Vp/Vn>基準値Pのとき(S110:Yes)は、負極側絶縁抵抗RLnが低下していると判定する(S111)。
充電電圧Vpと充電電圧Vnとの差が相対的に小さい場合は、正極側絶縁抵抗RLp、負極側絶縁抵抗RLnとも正常である可能性が高いが、正極側絶縁抵抗RLp、負極側負極側絶縁抵抗RLnとも同程度に低下している可能性が少ないながらもある。そこで、充電電圧Vpが充電電圧Vnより小さい場合(S103:Yes)であって、充電電圧Vpと充電電圧Vnとの差が相対的に小さいとき、例えば、Vn/Vp≦基準値Pのとき(S104:No)は、図5(a)に示すように、正極側ツインリレーSt1をb接点側に、負極側ツインリレーSt2をa接点側に切り替え、スイッチS31をオフにし、スイッチS32をオンにした状態で第2の検出用コンデンサC2をフル充電する。その後、負極側ツインリレーSt2をb接点側に切り替えることで、検出用コンデンサC2がフル充電されたときの充電電圧Vn′を計測する(S106)。
ここで、充電電圧Vn′は、図5(b)に示すように、高電圧バッテリ300の電圧Vbを、抵抗RLpと、抵抗RLnと負極側短絡抵抗R42との並列合成抵抗と、で分圧したときに、抵抗RLnと負極側短絡抵抗R42との並列合成抵抗に生じる電圧に相当する。
そして、充電電圧Vnと充電電圧Vn′とがほぼ同じとみなせる場合、例えば、充電電圧Vnから充電電圧Vnへの変化率(Vn/Vn′)が基準値より小さい場合(S107:Yes)は、挿入された負極側短絡抵抗R42の影響が小さいときであるため、正極側絶縁抵抗RLp、負極側絶縁抵抗RLnとも低下していると判定する(S109)。
一方、充電電圧Vnと充電電圧Vn′とがほぼ同じとみなせない場合、例えば、充電電圧VVnから充電電圧Vnへの変化率が基準値より大きい場合(S107:No)は、挿入された負極側短絡抵抗R42の影響が大きいときであるため、正極側絶縁抵抗RLp、負極側絶縁抵抗RLnとも低下しておらず、正常である判定する(S108)。
同様に、充電電圧Vnが充電電圧Vpより大きい場合(S103:No)であって、充電電圧Vpと充電電圧Vnとの差が相対的に小さいとき、例えば、Vp/Vn<基準値Pのとき(S110:No)は、図6(a)に示すように、正極側ツインリレーSt1をa接点側に、負極側ツインリレーSt2をb接点側に切り替え、スイッチ31をオンにし、スイッチ32をオフにした状態で第2の検出用コンデンサC2をフル充電する。その後、正極側ツインリレーSt1をb接点側に切り替えることで、検出用コンデンサC2がフル充電されたときの充電電圧Vp′を計測する(S112)。
ここで、充電電圧Vp′は、図6(b)に示すように、高電圧バッテリ300の電圧Vbを、抵抗RLpと正極側短絡抵抗R41との並列合成抵抗と、抵抗RLnと、で分圧したときに、抵抗RLpと正極側短絡抵抗R41との並列合成抵抗に生じる電圧に相当する。
そして、充電電圧Vpと充電電圧Vp′とがほぼ同じとみなせる場合、例えば、充電電圧Vpから充電電圧Vp′への変化率(Vp/Vp′)が基準値より小さい場合(S107:Yes)は、挿入された正極側短絡抵抗R41の影響が小さいときであるため、正極側絶縁抵抗RLp、負極側絶縁抵抗RLnとも低下していると判定する(S114)。
一方、充電電圧Vpと充電電圧Vp′とがほぼ同じとみなせない場合、例えば、充電電圧Vpから充電電圧Vp′への変化率が基準値より大きい場合(S113:No)は、挿入された正極側短絡抵抗R41の影響が大きいため、正極側絶縁抵抗RLp、負極側絶縁抵抗RLnとも低下しておらず、正常である判定する(S108)。
なお、上述の例では、充電電圧Vpと充電電圧Vnとの差が相対的に小さい場合、充電電圧Vpの方が小さければ充電電圧Vn′を計測し、充電電圧Vnの方が小さければ充電電圧Vp′を計測するようにしていた。これは、正極側絶縁抵抗RLp、負極側絶縁抵抗RLnのうち少しでも値の大きい方で抵抗(正極側短絡抵抗R41あるいは負極側短絡抵抗R42)を並列接続させたときの充電電圧変化率を判定するためである。しかしながら、充電電圧Vp、充電電圧Vnの大小関係にかかわらず、相対差が小さいときには、充電電圧Vp′あるいは充電電圧Vn′のいずれか一方を計測して両極の絶縁低下あるいは正常を判定するようにしてもよい。
<地絡検出装置100の他の実施例>
図7、8に示すように、地絡検出装置100は、スイッチS31、32、短絡抵抗R41、42の代わりに、ツインリレーSt3、スイッチS3、短絡抵抗R43を備えるようにしても良い。この場合、図7に示すように、正極側ツインリレーSt1をa接点側に、負極側ツインリレーSt2をb接点側に切り替え、ツインリレーSt3をa接点側に切り換え、スイッチS3をオンした状態で第2の検出用コンデンサC2をフル充電することで、短絡抵抗R43の影響を受けた充電電圧Vp2′を計測することができる。また、図8に示すように、正極側ツインリレーSt1をb接点側に、負極側ツインリレーSt2をa接点側に切り替え、ツインリレーSt3をb接点側に切り換え、スイッチS3をオンした状態で第2の検出用コンデンサC2をフル充電することで、短絡抵抗R43の影響を受けた充電電圧Vn2′を計測することができる。そして、上述した方法において、充電電圧Vp′に代えて、充電電圧Vp2′を用い、充電電圧Vn′に代えて、充電電圧Vn2′を用いて、正極側絶縁抵抗RLp、負極側絶縁抵抗RLnとも低下しているのか否かを判定するようにしてもよい。なお、図7、8の実施形態では、ツインリレーSt3の代わりに、a接点が正極側電源ライン101に接続され、b接点が負極側電源ライン102に接続され、c接点がスイッチS3に接続されたC接点スイッチを用いてもよい。
また、図9、10に示すように、地絡検出装置100は、スイッチS31、32、短絡抵抗R41、42の代わりに、スイッチ4、短絡抵抗R44を備えるようにしても良い。この場合、図9に示すように、正極側ツインリレーSt1をa接点側に、負極側ツインリレーSt2をb接点側に切り替え、スイッチS4をオンした状態で第2の検出用コンデンサC2をフル充電することで、短絡抵抗R44等の影響を受けた充電電圧Vp3′を計測することができ、図10に示すように、正極側ツインリレーSt1をb接点側に、負極側ツインリレーSt2をa接点側に切り替え、スイッチS4をオンした状態で第2の検出用コンデンサC2をフル充電することで、短絡抵抗R44等の影響を受けた充電電圧Vn3′を計測することができる。そして、上述した方法において、充電電圧Vp′に代えて、充電電圧Vp3′を用い、充電電圧Vn′に代えて、充電電圧Vn3′を用いて、正極側絶縁抵抗RLp、負極側絶縁抵抗RLnとも低下しているのか否かを判定するようにしてもよい。
<Vpの高速計測>
図11、12のように、光MOSFETのような絶縁型のスイッチング素子で構成されたスイッチS5と抵抗R5からなる高速計測回路HSMCを、第2の検出用コンデンサC2の正極板と第2のb接点b2との間に接続することで、正極側ツインリレーSt1を動作することなく、充電電圧Vpを測定することが可能になる。
上述した方法では、図3(a)に示すように、正極側ツインリレーSt1をa接点側に、負極側ツインリレーSt2をb接点側に切り替え、スイッチS2をオンにし、スイッチS1、S31、S32をオフにした状態で第2の検出用コンデンサC2をフル充電する。その後、正極側ツインリレーSt1をb接点側に切り替えることで、検出用コンデンサC2がフル充電されたときの充電電圧Vpを計測する。
一方、図11、12に示した地絡検出装置100では、図11に示すように、正極側ツインリレーSt1をa接点側に、負極側ツインリレーSt2をb接点側に切り替え、スイッチS2をオンにし、スイッチS1、S31、S32、S5をオフにした状態で第2の検出用コンデンサC2をフル充電する。その後、図12に示すように、スイッチS2をオフにし、スイッチ5をオンにすることで、検出用コンデンサC2がフル充電されたときの充電電圧Vpを計測する。
このように、図11、12に示した地絡検出装置100では、検出用コンデンサC2のフル充電後、正極側ツインリレーSt1を切り替えるのでなく、スイッチS2、S5を切り替える。一般に、リレーに比べ、光MOSFETは高速に切り替えることが可能である。このため、図11、12に示した地絡検出装置100では、高速にVpを計測することが可能になる。また、正極側ツインリレーSt1の切り替えの代わりに、スイッチS2、S5の切り替えを行うことで、正極側ツインリレーSt1の開閉回数を抑制することが可能になり、正極側ツインリレーSt1の寿命を延ばすことが可能になる。また、正極側ツインリレーSt1の切り替えを行わないことで、正極側ツインリレーSt1による作動音の発生を低減することが可能になる。
図11、12に示した地絡検出装置100では、例えば、図13のフローチャートに示したように、地絡の検出を行うようにすると良い。まず、上述した図2のフローチャートのステップS102と同様の方法で、電圧Vnを計測する(S201)。
ステップS201の後、図11に示すように、正極側ツインリレーSt1をa接点側に、負極側ツインリレーSt2をb接点側に切り替え、スイッチS2をオンにし、スイッチS1、S31、S32、S5をオフにした状態で第2の検出用コンデンサC2をフル充電して、その後、図12に示すように、スイッチS2をオフにし、スイッチ5をオンにすることで、電圧Vpを計測する(S202)。
電圧Vnと電圧Vpを比較し、電圧Vnと電圧Vpの大きさの差が所定の基準よりも大きいとき、例えば、Vp/Vn>基準値P2またはVn/Vp>基準値P3のとき(S203、YES)、正極側絶縁抵抗RLpまたは負極側絶縁抵抗RLnが低下していると判定し(S204)、その後、図2のフローチャートに従って、上述したような詳細な地絡判定を行う(S205)。電圧Vnと電圧Vpの大きさの差が所定の基準よりも大きくないときは(S203、NO)、再び電圧Vpを測定する(S202)。このようにすることで、電圧Vnと電圧Vpの大きさの差が所定の基準よりも大きくなるまで、正極側ツインリレーSt1の開閉を行うことなく、地絡の発生の判定を行うことが可能になる。なお、電圧Vnは、必要に応じて、適宜測定するようにしても良い。
100 地絡検出装置
101 正極側電源ライン
102 負極側電源ライン
110 制御装置
300 高電圧バッテリ
C1 第1の検出用コンデンサ
C2 第2の検出用コンデンサ
CYp Yコンデンサ
CYn Yコンデンサ
RLn 負極側絶縁抵抗
RLp 正極側絶縁抵抗

Claims (6)

  1. 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絶縁抵抗低下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第1の検出用コンデンサと、
    フライングキャパシタとして動作する第2の検出用コンデンサと、
    前記第1の検出用コンデンサおよび前記第2の検出用コンデンサの充電電圧を計測する制御部と、
    前記高電圧バッテリにより前記第1の検出用コンデンサを充電し、前記制御部により前記第1の検出用コンデンサの充電電圧を計測する第1の測定系を用いる状態と、前記高電圧バッテリにより前記第2の検出用コンデンサを充電し、前記制御部により前記第2の検出用コンデンサの充電電圧を計測する第2の測定系を用いる状態と、を切り替える切替部と、を備える、地絡検出装置。
  2. 前記第2の検出用コンデンサの容量は、前記第1の検出用コンデンサの容量より小さく、
    前記第2の測定系において、前記高電圧バッテリにより前記第2の検出用コンデンサをフル充電し、前記制御部により前記第2の検出用コンデンサの充電電圧を計測する、請求項1に記載の地絡検出装置。
  3. バッテリ正極側接点と第1の測定抵抗が接続された計測側接点とを切り替える第1の正極側C接点スイッチおよびバッテリ正極側接点と第2の測定抵抗が接続された計測側接点とを切り替える第2の正極側C接点スイッチを含む正極側ツインリレーと、
    バッテリ負極側接点と接地側接点とを切り替える第1の負極側C接点スイッチおよびバッテリ負極側接点と接地側接点とを切り替える第2の負極側C接点スイッチを含む負極側ツインリレーと、
    前記第1の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第1の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、前記第1の検出用コンデンサとともに直列に接続された第1のスイッチと、
    前記第2の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第2の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、前記第2の検出用コンデンサとともに直列に接続された第2のスイッチと、
    バッテリ正極側と接地との間に正極側短絡抵抗とともに直列に接続された第3のスイッチと、
    バッテリ負極側と接地との間に負極側短絡抵抗とともに直列に接続された第4のスイッチと、をさらに備え、
    前記切替部は、第1のスイッチと第2のスイッチとからなり、
    前記制御部は、前記正極側ツインリレー、前記負極側ツインリレー、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ、前記第4のスイッチの動作を制御し、前記第1の測定抵抗または前記第2の測定抵抗に生じる電圧に基づいて絶縁抵抗低下を検出する、請求項1または2に記載の地絡検出装置。
  4. バッテリ正極側接点と、第1の測定抵抗が接続された計測側接点とを切り替える第1の正極側C接点スイッチおよびバッテリ正極側接点と第2の測定抵抗が接続された計測側接点とを切り替える第2の正極側C接点スイッチを含む正極側ツインリレーと、
    バッテリ負極側接点と接地側接点とを切り替える第1の負極側C接点スイッチおよびバッテリ負極側接点と接地側接点とを切り替える第2の負極側C接点スイッチを含む負極側ツインリレーと、
    前記第1の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第1の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、前記第1の検出用コンデンサとともに直列に接続された第1のスイッチと

    前記第2の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第2の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、前記第2の検出用コンデンサとともに直列に接続された第2のスイッチと、
    バッテリ正極側に接続した接点とバッテリ負極側に接続した接点とを切り替える第3のC接点スイッチと、
    前記第3のC接点スイッチの共通接点と接地との間に短絡抵抗とともに直列に接続された第3のスイッチと、をさらに備え、
    前記切替部は、第1のスイッチと第2のスイッチとからなり、
    前記制御部は、前記正極側ツインリレー、前記負極側ツインリレー、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のC接点スイッチ、前記第3のスイッチ、の動作を制御し、前記第1の測定抵抗または前記第2の測定抵抗に生じる電圧に基づいて絶縁抵抗低下を検出する、請求項1または2に記載の地絡検出装置。
  5. バッテリ正極側接点と、第1の測定抵抗が接続された計測側接点とを切り替える第1の正極側C接点スイッチおよびバッテリ正極側接点と第2の測定抵抗が接続された計測側接点とを切り替える第2の正極側C接点スイッチを含む正極側ツインリレーと、
    バッテリ負極側接点と接地側接点とを切り替える第1の負極側C接点スイッチおよびバッテリ負極側接点と接地側接点とを切り替える第2の負極側C接点スイッチを含む負極側ツインリレーと、
    前記第1の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第1の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、前記第1の検出用コンデンサとともに直列に接続された第1のスイッチと、
    前記第2の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第2の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、前記第2の検出用コンデンサとともに直列に接続された第2のスイッチと、
    前記第1の正極側C接点スイッチの共通接点と前記第1の負極側C接点スイッチの共通接点との間に、短絡抵抗とともに、前記第1の検出用コンデンサおよび前記第1のスイッチと並列になるように接続された第3のスイッチと、をさらに備え、
    前記切替部は、第1のスイッチと第2のスイッチとからなり、
    前記制御部は、前記正極側ツインリレー、前記負極側ツインリレー、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチの動作を制御し、前記第1の測定抵抗または前記第2の測定抵抗に生じる電圧に基づいて絶縁抵抗低下を検出する、請求項1または2に記載の地絡検出装置。
  6. 前記第2の検出用コンデンサの正極板と前記第2の正極側C接点スイッチの計測側接点との間に接続された第5のスイッチをさらに備える、請求項3から5のいずれか一項に記載の地絡検出装置。
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