JP2006177840A - 地絡検出装置、地絡検出装置の診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 別個の診断回路を設けることなく、確実に高電圧電源側との接続が確保されている状態で地絡の判定を行う。
【解決手段】 カップリングコンデンサＣ１の一端側に高電圧電源２のプラス端子を接続し、カップリングコンデンサＣ１の他端側となる測定点Ａに、パルス信号を印加し、測定点Ａに発生する電圧値を検出して、高電圧電源の地絡を判定する。そして、高電圧電源２の地絡の判定時には、外部ノイズ除去回路１３のスイッチ回路ＳＷをオン状態にして高周波ノイズを除去させ、地絡検出装置１の診断時には、外部ノイズ除去回路１３の高周波ノイズ除去機能を停止させ、測定点Ａに発生する電圧値に高周波ノイズが含まれている場合には、高電圧電源２と地絡検出装置１との接続状態が正常であると診断し、測定点Ａに発生する電圧値に高周波ノイズが含まれていない場合には、高電圧電源２と地絡検出装置１との接続状態が異常であると診断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば電気自動車に設けられた高電圧電源と車体との地絡を検出する地絡検出装置、地絡検出装置の診断方法に関する。

通常、電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド電気自動車等の電気車両においては、高電圧電池に接続された高電圧回路と、車体を接地とした車両電装回路とが絶縁されている。そして、従来より、高電圧電源の地絡判定を行う地絡検出装置としては、下記の特許文献１に記載されているような地絡検出装置が知られている。

この特許文献１には、実際に高電圧電源の地絡を判定する回路とは別個に、高電圧電源の負端子と車体側ＧＮＤとの間に、高電圧電源と地絡検出装置との間の接続状態を診断するための抵抗及びリレーを備えた診断回路を備えている。そして、高電圧電源を使用して高電圧負荷を動作させる前に、リレーを導通状態にして高電圧電源と車体側ＧＮＤとを導通状態にして、実際に地絡が発生した状態を作りだしている。そして、地絡検出装置で地絡を検知できたか否かを判定することによって、高電圧電源と地絡検出装置との接続診断や、地絡検出装置自体の診断を行っていた。
特開平１０−２２１３９５号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、実際に高電圧電源を地絡させた状況を作り出して地絡検出装置の診断を行っているために、高電圧負荷が動作している状態では、地絡検出装置の診断を行うことができない。仮に、ある高電圧負荷が動作していないタイミングで高電圧電源と車体側ＧＮＤとを導通状態としてしまうと漏電が発生してしまい、他の高電圧負荷の動作に影響を及ぼす恐れがある。

したがって、上述の特許文献１に記載された技術では、高電圧負荷が電気自動車の駆動モータであるとすると、車両の走行時に診断を行うことができないため、実際の地絡の検出であるのか、地絡検出装置自体の故障であるのかを判定することができないまま車両を停止させる必要があった。

更に、上述の特許文献１に記載された技術では、診断回路のリレーが故障して高電圧電源と車体側ＧＮＤとが導通してしまった場合には、地絡の発生を検知してしまう可能性もあった。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、別個の診断回路を設けることなく、確実に高電圧電源側との接続が確保されている状態で地絡の判定を行うことができる地絡検出装置、地絡検出装置の診断方法を提供することを目的とする。

本発明は、カップリングコンデンサの一端側に高電圧電源の出力端子を接続し、カップリングコンデンサの他端側となる測定点に、パルス信号を印加し、測定点に発生する電圧値を検出して、高電圧電源の地絡を判定する地絡検出装置において、高電圧電源に接続され、パルス信号の周波数よりも高い周波数で動作する負荷回路で発生する交流ノイズ信号を除去するノイズ除去手段と、測定点に発生する電圧値を、ノイズ除去手段によってノイズが除去された信号から検出する電圧検出手段と、パルス信号に対する電圧検出手段で検出された電圧値の変化から、高電圧電源の地絡を判定する地絡検出手段とを備える。

このような本発明では、ノイズ除去手段によって交流ノイズ信号を除去する動作を停止させ、電圧検知手段で検出された電圧値に交流ノイズ信号が含まれている場合には高電圧電源との接続状態が正常であると診断し、電圧検知手段で検出された電圧値に交流ノイズ信号が含まれていない場合には高電圧電源との接続状態が異常であると診断することにより、上述の課題を解決する。

本発明によれば、地絡検出手段と高電圧電源との接続状態を診断する時に、交流ノイズ除去機能を停止させ、交流ノイズが検知できない場合には地絡検出装置と高電圧電源との接続状態が異常であると判定することができる。したがって、本発明によれば、地絡検出装置と高電圧電源との接続状態を診断するために、別個の診断回路を設けることなく、確実に高電圧電源側との接続が確保されている状態で地絡の判定を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明は、例えば図１に示すように構成された車両電装システムに適用される。

［車両電装システムの構成］
この車両電装システムは、地絡検出装置１により、高電圧電源２に地絡が発生したことを判定するものである。この地絡検出装置１は、高電圧電源２、交流負荷回路３、モータ４、モータコントローラ５、リレー６を含む高電圧系回路と接続端子１ａを介して接続されている。

交流負荷回路３は、リレー６が導通状態である時に、モータコントローラ５の制御に従って高電圧電源２からの直流電圧をスイッチング制御して、モータ４に交流電圧を供給するものである。この交流負荷回路３は、電気車両の駆動力発生要求に応じて、高電圧電源２からモータ４に電力供給を行う。この交流負荷回路３は、電気車両内の弱電系回路である電装部品との間が絶縁抵抗によって絶縁されている。

このような車両電装システムにおいて、地絡検出装置１と交流負荷回路３とが電気的に接続されているために、交流負荷回路３から地絡検出装置１には、交流負荷回路３であるインバータのスイッチングノイズ等の高周波ノイズが流入する。なお、モータ４が三相交流モータからなる場合には、通常、１００ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚオーダの高周波ノイズが地絡検出装置１に流入することになる。なお、図示はしないが、高電圧電源２には、電気車両に搭載された他の負荷回路である空調装置のインバータ等も接続されている。

地絡検出装置１は、高電圧電源２，交流負荷回路３及びモータ４側の強電系と、弱電系とが完全に地絡していることを検出するために、高電圧電源２の絶縁抵抗値を検出する。具体的には、地絡検出装置１は、高電圧電源２のプラス側出力端（＋）と接続するカップリングコンデンサＣ１と、抵抗Ｒ１と、制御回路１１と、コンパレータ１２と、外部ノイズ除去回路１３と、コンパレータ１４とを有している。なお、本実施例においては、カップリングコンデンサＣ１を高電圧電源２のプラス側出力端（＋）に接続しているが、マイナス側出力端（−）に接続していても良い。

外部ノイズ除去回路１３は、カップリングコンデンサＣ１の一端側（測定点Ａ）に発生する電圧を測定する電圧検出手段として機能し、且つ高周波ノイズを除去する機能を有し、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とスイッチ回路ＳＷとの直列接続回路で構成されている。また、外部ノイズ除去回路１３は、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との接続点に、制御回路１１に接続されているコンパレータ１４が設けられている。更に、この外部ノイズ除去回路１３において、スイッチ回路ＳＷは、一方端がコンデンサＣ２に接続され、他方端が接地されている。なお、コンデンサＣ２に対して並列して、コンパレータ１４に供給する電圧値を規制するツェナーダイオードが設けられていても良い。

制御回路１１は、抵抗Ｒ１とカップリングコンデンサＣ１との間であって、外部ノイズ除去回路１３と接続された測定点Ａにパルス信号を出力する。また、制御回路１１は、該測定点Ａに発生する電圧を検出して、高電圧電源２の地絡を判定する。この制御回路１１は、パルス信号を出力する短波形パルス発生部２１と、外部ノイズ除去回路１３より出力される電圧信号（抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との接続点に発生する電圧信号）をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部２２と、制御中枢となるＣＰＵ等の地絡検知部２３を備えている。

この地絡検知部２３は、高電圧電源２の地絡を判定するに際して、短波形パルス発生部２１からパルス信号を発振させて、パルス信号に対するＡ／Ｄ変換部２２により出力される電圧値の変化から、高電圧電源２の地絡を検出する。この地絡検知部２３で検出された地絡検出信号は、図示しない警報装置に送信される。また、地絡検知部２３には、図示しないメモリが備えられており、当該メモリに、Ａ／Ｄ変換部２２にて測定された電圧値である閾値電圧と高電圧電源２の絶縁抵抗値との対応を示すデータが記憶されている。

ここで、高電圧電源２の絶縁抵抗が低下している場合や、車両容量が増大している場合には、パルス信号を短波形パルス発生部２１で発生させても、パルス信号の電圧値よりも、Ａ／Ｄ変換部２２で入力する電圧値が小さくなってしまう。従って、地絡検知部２３では、Ａ／Ｄ変換部２２で入力した電圧値と、メモリに記憶しておいた所定の閾値電圧とを比較して、高電圧電源２に地絡が発生しているか否かを判定する。

なお、短波形パルス発生部２１から発振するパルス信号の周波数は、交流負荷回路３のスイッチング周波数よりも低い周波数であれば良く、更には、交流負荷回路３以外の交流回路よりも低い周波数であって、車両電装システムで使用されていないような低い周波数であれば良い。

このような車両電装システムにおいて、外部ノイズ除去回路１３は、図２に示すようにスイッチ回路ＳＷが導通状態（オン状態）である場合には、交流負荷回路３からカップリングコンデンサＣ１を通過して流入した高周波ノイズを接地側に流す。これにより、高周波ノイズよりも低い周波数のパルス信号を制御回路１１側に通過させる低周波通過フィルタとして機能する状態、換言すれば高周波遮断フィルタとして機能する。

一方、外部ノイズ除去回路１３は、図３に示すようにスイッチ回路ＳＷが開放状態（オフ状態）である場合には、パルス信号のみならず高周波ノイズもＡ／Ｄ変換部２２に流す。すなわち、スイッチ回路ＳＷがオフ状態とされると、低周波通過フィルタとしての機能が停止される状態、換言すれば高周波遮断フィルタとしての機能が停止される状態となる。

このようなスイッチ回路ＳＷのオン状態とオフ状態との切換は、地絡検出装置１と高電圧電源２との接続状態の診断時に、地絡検知部２３の制御信号によって行われる。そして、地絡検知部２３は、図４に示すように、高電圧電源２が接続端子１ａに接続されていないような状態では、高周波ノイズ信号が地絡検出装置１に流れ込まないことを判定する。

また、地絡検知部２３は、コンパレータ１２，抵抗Ｒ１，カップリングコンデンサＣ１，外部ノイズ除去回路１３からなる内部回路が正常に動作するか否かを判定する内部診断処理を行う。

［車両電装システムの動作］
つぎに、上述したように構成された車両電装システムの動作について図５のフローチャートを参照して説明する。

この車両電装システムは、車両が起動した時のみならず、車両の走行中、すなわち交流負荷回路３及びモータ４等の高電圧系が動作中である場合に所定期間毎にステップＳ１の処理を実行する。

先ず、地絡検出装置１と高電圧電源２との接続状態の診断を開始し、ステップＳ１において、地絡検知部２３によりスイッチ回路ＳＷをオフ状態にさせて、外部ノイズ除去回路１３の高周波ノイズ除去機能を停止させる状態にする。

次に地絡検知部２３は、ステップＳ２において、短波形パルス発生部２１からパルス信号を発振させ、Ａ／Ｄ変換部２２でパルス信号を発振した後に入力される電圧値を測定させ、ステップＳ３において、地絡検出装置１と高電圧電源２との接続状態が異常であるか否かを判定する。このとき、地絡検知部２３は、Ａ／Ｄ変換部２２でＡ／Ｄ変換された電圧値に高周波ノイズを含まない場合には、接続端子１ａに高電圧電源２が接続されていない接続状態の異常であると判定する一方で、高周波ノイズを含んでいる場合には、接続端子１ａに高電圧電源２が接続されて、交流負荷回路３からの高周波ノイズ信号が外部ノイズ除去回路１３を介して入力されている正常状態であると判定する。

そして、接続状態が異常である場合には、処理をステップＳ１１に進め、地絡検知部２３は、地絡検出装置１の異常が発生しており、高電圧電源２の地絡判定を行えない状態であることを示す地絡検出信号を図示しない警告装置に出力する。これによって、車両電装システムは、ユーザに地絡検出装置１の異常を通知する。

一方、接続状態が正常である場合には、処理をステップＳ４に進めて、高電圧電源２の地絡判定を開始し、地絡検知部２３は、ステップＳ５において、スイッチ回路ＳＷをオン状態にさせて、外部ノイズ除去回路１３で高周波ノイズが除去される状態にし、短波形パルス発生部２１からパルス信号を発振させて、Ａ／Ｄ変換部２２で電圧値を検出させる。そして、Ａ／Ｄ変換部２２で検出した電圧値が閾値電圧よりも小さい場合には、高電圧電源２の地絡が発生していると判定してステップＳ７に処理を進め、Ａ／Ｄ変換部２２で検出した電圧値が閾値電圧よりも小さくない場合には、高電圧電源２の地絡が発生していない正常状態と判定して処理を終了する。

ステップＳ７において、地絡検知部２３は、地絡検出装置１と高電圧電源２との接続状態の診断を再度行うと判定し、ステップＳ８において、スイッチ回路ＳＷをオフ状態にさせて、外部ノイズ除去回路１３の高周波ノイズ除去機能を停止させる状態にして、短波形パルス発生部２１からパルス信号を発振させる。そして、地絡検知部２３は、Ａ／Ｄ変換部２２でＡ／Ｄ変換された電圧値に高周波ノイズを含まない場合には、接続端子１ａに高電圧電源２が接続されていない接続状態の異常であると判定して、ステップＳ１１で地絡検出信号を出力して警告を行わせる。

一方、地絡検知部２３は、Ａ／Ｄ変換部２２でＡ／Ｄ変換された電圧値に高周波ノイズを含んでいる場合には、接続端子１ａに高電圧電源２が接続されている正常状態であると判定する。これによって、ステップＳ６で地絡が発生しているという判定結果が正確なものであると認識でき、地絡検知部２３は、ステップＳ１０において、車両を停止させる警告や、リレー６を開放したり、交流負荷回路３及びモータ４の動作を停止させるようにモータコントローラ５を制御して、処理を終了する。

なお、ステップＳ２及びステップＳ３、ステップＳ９において、地絡検知部２３は、通常に高電圧電源２の地絡を判定するときに１０Ｈｚのパルス信号を出力するとした場合に、パルス信号の周波数を変更させて、各種地絡検出装置１の内部診断処理を行っても良い。

具体的には、周波数が１Ｈｚの診断用のパルス信号を出力させ、Ａ／Ｄ変換部２２で検知された電圧値がＬ（低）レベルの一定値でＨ（高）レベルにならない場合には、地絡検出装置１の回路部分の一部がＧＮＤとショートしている故障が発生したと診断することができる。また、周波数が１００Ｈｚのパルス信号を出力させ、Ａ／Ｄ変換部２２で検知された電圧値の振幅が、地絡判定時の閾値とは異なる所定値より小さい場合に外部ノイズ除去回路１３のノイズ除去用のコンデンサＣ２及びノイズ除去用の抵抗Ｒ２の抵抗値が正常であることを認識し、所定値以上の電圧振幅がＡ／Ｄ変換部２２で入力された場合には、外部ノイズ除去回路１３の抵抗Ｒ２の抵抗値及びコンデンサＣ２、又は抵抗Ｒ２の抵抗値が異常であると診断することができる。更に、周波数が１００Ｈｚのパルス信号を出力させているときに、リレー６をオフ状態からオン状態にさせたときのＡ／Ｄ変換部２２での電圧振幅変化を検出して、リレー６がオフ状態時の電圧振幅とオン状態にした後の電圧振幅とで振幅変化が無いと判定した場合にはカップリングコンデンサＣ１に異常がある診断できる。

これによって、地絡検出装置１と高電圧電源２との接続状態に異常が無く、且つ地絡検出装置１の内部回路に異常が無いことを検知した上で、高電圧電源２の地絡を検知した結果を出力することができ、地絡判定結果の信頼性を向上させることができる。

［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した車両電装システムによれば、地絡検出装置１と高電圧電源２との接続状態を診断する時に、スイッチ回路ＳＷをオフ状態にすることによって外部ノイズ除去回路１３の高周波ノイズ除去機能を停止させ、高周波ノイズを制御回路１１で検知できない場合には地絡検出装置１と高電圧電源２との接続状態が異常であると判定することができる。したがって、この車両電装システムによれば、地絡検出装置１と高電圧電源２との接続状態を診断するために、別個の診断回路を設けることなく、確実に高電圧電源２側との接続が確保されている状態で地絡の判定を行うことができる。

これにより、車両電装システムによれば、例えば実際に高電圧電源２を地絡させて接続状態を診断するようなことなく、高電圧電源２側と地絡検出装置１等の弱電側との絶縁には全く影響を及ぼすことなく接続状態の診断を行うことができ、車両の走行中であって交流負荷回路３が動作している時にも接続状態の診断を行うことができ、地絡検出装置１の地絡判定結果を更に信頼性の高いものとすることができる。

具体的には、外部ノイズ除去回路１３の高周波ノイズ除去機能を停止させるための構成として、スイッチ回路ＳＷを設けて、当該スイッチ回路ＳＷをオンオフ制御するのみで接続状態の診断を行うことができる。

また、この車両電装システムによれば、交流負荷回路３の動作中に、高周波ノイズ除去機能を停止させ、地絡検出装置１と高電圧電源２との接続状態を診断し、当該接続状態が異常である場合には警報を行わせ、当該接続状態が正常である場合には、高周波ノイズ信号を除去させて、高電圧電源２の地絡を判定して地絡が検知された場合には、警報を行わせることができるので、車両の走行中に接続状態の診断を行った上で、信頼性の高い地絡判定結果を通知することができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明を適用した車両電装システムの構成を示すブロック図である。 本発明を適用した車両電装システムにおいて、高周波ノイズ信号を除去させる時の構成を示すブロック図である。 本発明を適用した車両電装システムにおいて、高周波ノイズ除去機能を停止させた時の構成を示すブロック図である。 本発明を適用した車両電装システムにおいて、接続状態に異常がある時の状態を説明するためのブロック図である。 本発明を適用した車両電装システムの動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 地絡検出装置
２ 高電圧電源
３ 交流負荷回路
４ モータ
５ モータコントローラ
６ リレー
１１ 制御回路
１２，１４ コンパレータ
１３ 外部ノイズ除去回路
２１ 短波形パルス発生部
２２ Ａ／Ｄ変換部
２３ 地絡検知部
Ｃ１ カップリングコンデンサ
Ｃ２ コンデンサ
ＳＷ スイッチ回路

Claims (5)

1. カップリングコンデンサの一端側に高電圧電源の出力端子を接続し、前記カップリングコンデンサの他端側となる測定点に、パルス信号を印加し、前記測定点に発生する電圧値を検出して、前記高電圧電源の地絡を判定する地絡検出装置において、
   前記高電圧電源に接続され、前記パルス信号の周波数よりも高い周波数で動作する負荷回路で発生する交流ノイズ信号を除去するノイズ除去手段と、
   前記測定点に発生する電圧値を、前記ノイズ除去手段によってノイズが除去された信号から検出する電圧検出手段と、
   前記パルス信号に対する前記電圧検出手段で検出された電圧値の変化から、前記高電圧電源の地絡を判定する地絡検出手段とを備え、
   前記地絡検出手段は、前記ノイズ除去手段によって交流ノイズ信号を除去する動作を停止させ、前記電圧検知手段で検出された電圧値に前記交流ノイズ信号が含まれている場合には前記高電圧電源との接続状態が正常であると診断し、前記電圧検知手段で検出された電圧値に前記交流ノイズ信号が含まれていない場合には前記高電圧電源との接続状態が異常であると診断することを特徴とする地絡検出装置。
2. 前記ノイズ除去手段は、前記測定点に直列接続された抵抗及びコンデンサと、当該コンデンサの接地側に設けられたスイッチ回路とを備え、
   前記地絡検出手段は、前記高電圧電源との接続状態の診断時に、前記スイッチ回路を開放状態とさせること
   を特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
3. 前記地絡検出手段は、前記負荷回路の動作時に、
   前記ノイズ除去手段によって交流ノイズ信号を除去する動作を停止させて、前記高電圧電源との接続状態を診断し、当該接続状態が異常である場合には警報を行わせ、
   当該接続状態が正常である場合には、前記ノイズ除去手段によって交流ノイズ信号を除去する動作をさせて、前記パルス信号に対する前記電圧検出手段で検出された電圧値の変化から、前記高電圧電源の地絡を判定して、地絡が検知された場合には、警報を行わせること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の地絡検出装置。
4. カップリングコンデンサの一端側に高電圧電源の出力端子を接続し、前記カップリングコンデンサの他端側となる測定点に、パルス信号を印加し、前記測定点に発生する電圧値を検出して、前記高電圧電源の地絡を判定する地絡検出装置の診断方法において、
   前記高電圧電源の地絡の判定時には、
   前記高電圧電源に接続され、前記パルス信号の周波数よりも高い周波数で動作する負荷回路で発生する交流ノイズ信号を除去させ、前記測定点に発生する電圧値を、ノイズが除去された信号から検出して、前記パルス信号に対する前記検出された電圧値の変化から、前記高電圧電源の地絡を判定し、
   前記地絡検出装置の診断時には、
   前記交流ノイズ信号を除去する動作を停止させ、前記測定点に発生する電圧値に前記交流ノイズ信号が含まれている場合には、前記高電圧電源と前記地絡検出装置との接続状態が正常であると診断し、前記測定点に発生する電圧値に前記交流ノイズ信号が含まれていない場合には、前記高電圧電源と前記地絡検出装置との接続状態が異常であると診断すること
   を特徴とする地絡検出装置の診断方法。
5. 前記負荷回路の動作時に、
   前記ノイズ除去手段によって交流ノイズ信号を除去する動作を停止させて、前記高電圧電源との接続状態を診断し、当該接続状態が異常である場合には警報を行わせ、
   当該接続状態が正常である場合には、前記ノイズ除去手段によって交流ノイズ信号を除去する動作をさせて、前記パルス信号に対する前記電圧検出手段で検出された電圧値の変化から前記高電圧電源の地絡を判定して、地絡が検知された場合には、警報を行わせること
   を特徴とする請求項４に記載の地絡検出装置の診断方法。
   

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