JP2015226343A - 車両用地絡検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミ電解コンデンサの絶縁レベルを高く維持して長期信頼性を向上させる車両用地絡検出装置を提供する。【解決手段】アルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を備えるカップリングコンデンサ部１５の一端側に高電圧電源の正極端子または負極端子を接続し、カップリングコンデンサ部の他端側となる測定点に、矩形波パルス信号を印加し、測定点に発生する電圧信号を検出して、直流電源の地絡を検出する車両用地絡検出装置１０であって、直流電源の地絡を検出していないときに、カップリングコンデンサ部を充放電させる充放電部（ＣＰＵ１３）を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、精度を高めた車両用地絡検出装置に関する。

例えば電気自動車等の車両には高電圧の電源が設けられることがある。従来から、車両の高電圧部分（以下、強電側ともいう）と車体との地絡を検出することが行われている。地絡がある場合、車体の電位（ボディアース）が安定せず、車両の低電圧部分（以下、弱電側ともいう）の動作に影響する可能性がある。

例えば、特許文献１は、強電側に一端を接続したコンデンサに、抵抗を介してパルス電圧を印加し、コンデンサと抵抗との接続点における電圧波形を監視することで、地絡を検出する手法を開示する。特許文献１の手法は、車体自体が有する容量により生じるインピーダンスの影響を低減して、高精度に地絡を検出することが可能である。

特開２００３−２５０２０１号公報

ここで、特許文献１に開示される構成において、コンデンサの種類は特に限定されるものではない。しかし、コンデンサが強電側と弱電側との境界に配置されること、および車両において地絡検出装置を設置できるエリアが限られることから、単体で大容量化が可能なコンデンサが用いられる傾向がある。そのため、アルミ電解コンデンサが選択されることも多い。

一般的な性質として、アルミ電解コンデンサは、無負荷のまま長期間放置されると漏れ電流が増加する可能性を有する。強電側と車体との地絡がない場合に、地絡検出装置で使用されるアルミ電解コンデンサは、長期間無負荷の状態となって漏れ電流が増加するおそれがある。

そのため、地絡検出装置は、アルミ電解コンデンサを用いる場合でも長期信頼性を確保できるような構成であることが好ましい。本発明の目的は、アルミ電解コンデンサの絶縁レベルを高く維持して長期信頼性を向上させる車両用地絡検出装置を提供することにある。

前記課題を解決するために第１の発明に係る車両用地絡検出装置は、アルミ電解コンデンサを備えるカップリングコンデンサ部の一端側に高電圧電源の正極端子または負極端子を接続し、前記カップリングコンデンサ部の他端側となる測定点に、矩形波パルス信号を印加し、前記測定点に発生する電圧信号を検出して、直流電源の地絡を検出する車両用地絡検出装置であって、前記直流電源の地絡を検出していないときに、前記カップリングコンデンサ部を充放電させる充放電部を備える。

また、第２の発明に係る車両用地絡検出装置は、充電後に前記カップリングコンデンサ部の電圧を測定する電圧測定部を備える。

また、第３の発明に係る車両用地絡検出装置は、前記電圧測定部が車両駆動用の電池の電圧も測定することを特徴とする。

また、第４の発明に係る車両用地絡検出装置は、前記カップリングコンデンサ部の充電に用いる電源に、車両駆動用の電池を用いることを特徴とする。

また、第５の発明に係る車両用地絡検出装置は、前記カップリングコンデンサ部の放電を行う回路に、電圧検出用抵抗を用いることを特徴とする。

また、第６の発明に係る車両用地絡検出装置は、前記カップリングコンデンサ部の充放電を、イグニッションがオフの状態で行うことを特徴とする。

また、第７の発明に係る車両用地絡検出装置は、前記カップリングコンデンサ部は、複数のアルミ電解コンデンサを備えることを特徴とする。

また、第１の発明に係る車両用地絡検出装置によれば、直流電源の地絡を検出していないときに、カップリングコンデンサ部を充放電する充放電部を備える。そのため、第１の発明に係る車両用地絡検出装置は、アルミ電解コンデンサを長期間無負荷の状態とすることはなく、アルミ電解コンデンサの絶縁レベルを高く維持して長期信頼性を向上させることができる。

また、第２の発明に係る車両用地絡検出装置によれば、電圧測定部によってカップリングコンデンサ部の電圧を測定することで、例えばアルミ電解コンデンサのオープン故障等を検出できる。つまり、第２の発明に係る車両用地絡検出装置は、地絡検出に加えて、アルミ電解コンデンサの故障検出が可能である。

また、第３の発明に係る車両用地絡検出装置によれば、電圧測定部として、既存の車両駆動用の電池の電圧を測定する回路を用いるので、回路規模の増大を抑制することができる。

また、第４の発明に係る車両用地絡検出装置によれば、カップリングコンデンサ部の充電に用いる電源として、既存の車両駆動用の電池を用いるので、回路規模の増大を抑制することができる。

また、第５の発明に係る車両用地絡検出装置によれば、カップリングコンデンサ部の放電を行う回路の放電抵抗として、既存の電圧検出用抵抗を用いるので、回路規模の増大を抑制することができる。

また、第６の発明に係る車両用地絡検出装置によれば、地絡検出を実行しないときにカップリングコンデンサ部の充放電が可能である。車両の動作中（イグニッションがオンの状態のとき）は地絡検出が実行される可能性があるが、この期間を避けてアルミ電解コンデンサの充放電が実行される。そのため、地絡検出を阻害することなく、アルミ電解コンデンサの絶縁レベルを高く維持することが可能になる。

また、第７の発明に係る車両用地絡検出装置によれば、例えばいくつかのアルミ電解コンデンサがショートした場合でも、残りのアルミ電解コンデンサで耐圧を確保することが可能になる。よって、故障耐性のあるカップリングコンデンサ部を実現できる。

絶縁レベル検知時の本実施形態の車両用地絡検出装置を示す図である。 矩形波パルス信号および測定点Ａにおける電圧信号を示すタイミングチャートである。 コンデンサ充電時の本実施形態の車両用地絡検出装置を示す図である。 コンデンサ放電時の本実施形態の車両用地絡検出装置を示す図である。 本実施形態に係る車両用地絡検出装置の処理を示すフローチャートである。 従来例の車両用地絡検出装置を示す図である。

（全体構成）
以下、本発明の実施の形態について説明する。まず、本実施形態の地絡検出装置１０の全体構成を、図１を参照しながら説明する。本実施形態における地絡検出装置１０は、例えば自動車等の車両に搭載される車両用地絡検出装置である。本実施形態では、地絡検出装置１０が電気自動車に搭載されているとして説明する。

図１に示されるように、地絡検出装置１０は電池１に接続されている。本実施形態における電池１は、直流電源であって、電気自動車の車両駆動用の高電圧電源として用いられる。電池１は、例えばオルタネーターで変換して得られる電気エネルギーを蓄積（充電）し、例えば駆動モータへ電気エネルギーを供給（放電）する。地絡検出装置１０は、車両の動作中に、電池１の地絡の発生を検出する。ここで、車両の動作中とは、車両のイグニッションがオンされてからオフされるまでの間をいう。以下では、車両の動作中をイグニッションがオンの状態ともいい、車両が動作中でないことをイグニッションがオフの状態ともいう。

ここで、図１のように、電池１、スイッチＳＷ１、抵抗Ｒａ、Ｒｂで構成される回路が強電側に設けられている。電池１は前記のように電気自動車の車両駆動に用いられる高電圧（例えば数百ボルト）の蓄電池である。また、抵抗Ｒａ、Ｒｂは電池１の電圧検出用抵抗であって、抵抗分圧回路を構成する。抵抗分圧回路は、電池１の高電圧を分圧して後段の回路で扱える電圧レベルまで下げてから出力する。出力される電圧（図１のＢ点における電圧）は、後段の回路（例えばＡ／Ｄ変換器）でデジタル信号に変換され、そのデジタル値に基づいて電池１の充電状態が判定されてもよい。また、スイッチＳＷ１は、電池１と抵抗Ｒａ、Ｒｂで構成される抵抗分圧回路との接続を制御するためのスイッチである。スイッチＳＷ１は、例えば暗電流が流れるのを防止するときにオフにされる。

この強電側の構成要素のうち、スイッチＳＷ１、抵抗Ｒａ、Ｒｂは地絡検出装置１０の一部として使用される。つまり、地絡検出装置１０は、後述する弱電側の構成要素に加えて、強電側のこれらの構成要素も含む。後述するように、抵抗Ｒａ、Ｒｂによって構成される抵抗分圧回路は、充電後にカップリングコンデンサ部１５の電圧を測定する電圧測定部に対応する。また、スイッチＳＷ１のオン、オフは、ＣＰＵ１３によって制御される。なお、強電側において、電池１の極性は逆（スイッチＳＷ１が低電位側と接続）であってもよい。

地絡検出装置１０は、前記の強電側の構成要素の他に、弱電側の構成要素として、出力部１１、ＣＰＵ１３、カップリングコンデンサ部１５、フィルタ部１７、抵抗Ｒ１を備える。また、地絡検出装置１０は、強電側との接続を切り替えるスイッチＳＷ２、ＳＷ３を備える。後述するように、地絡検出装置１０はスイッチＳＷ２、ＳＷ３および強電側のスイッチＳＷ１を適切に制御することにより、高精度に地絡を検出するだけでなく、カップリングコンデンサ部１５のアルミ電解コンデンサが無負荷のまま長期間放置されることを回避する。なお、弱電側では、電池１に比べて十分に低い電源電圧（例えば３．３ボルト）を用いる。

出力部１１は、ＣＰＵ１３の指示により矩形波パルス信号を出力する。矩形波パルス信号は抵抗Ｒ１を経由してカップリングコンデンサ部１５の一端側（測定点Ａ）に至る。

ＣＰＵ１３は、出力部１１より出力される矩形波パルス信号の周波数、デューティー比を設定すると共に、フィルタ部１７経由で取得する測定点Ａにおける電圧信号に基づいて、電池１の地絡を検出する。

フィルタ部１７は測定点Ａにおける電圧信号の波形整形を行うフィルタであり、本実施形態ではローパスフィルタである。なお、フィルタ部１７は例えばオペアンプ等の帰還回路を含む構成であってもよい。

カップリングコンデンサ部１５は複数のアルミ電解コンデンサを接続した構成を有する。本実施形態では、アルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が直列に接続されている。また、カップリングコンデンサ部１５の一端側（アルミ電解コンデンサＣ３のアルミ電解コンデンサＣ２とは反対の端子側）は、電池１の負極端子と接続されている。また、カップリングコンデンサ部１５の他端側（アルミ電解コンデンサＣ１のアルミ電解コンデンサＣ２とは反対の端子側）は、スイッチＳＷ３を介して測定点Ａと接続されている。

スイッチＳＷ２は、一端側がスイッチＳＷ３を介して測定点Ａと接続されており、他端側がスイッチＳＷ１を介して電池１の正極端子と接続されている。

ここで、ＣＰＵ１３は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のオン、オフを制御する。ＣＰＵ１３は、充放電部に対応し、直流電源である電池１の地絡を検出していないときにカップリングコンデンサ部１５を充放電させる。また、ＣＰＵ１３は、イグニッションがオンの状態か、オフの状態か、を含む車両の状態についてのデータを取得する。

（地絡検出）
以下では、最初に地絡検出装置１０の地絡の検出についての説明を行ってから、カップリングコンデンサ部１５の充放電の制御について説明する。

ＣＰＵ１３は、図１に示されるように、地絡の検出の際にはスイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ３をオンにして、スイッチＳＷ２をオフにする。前記のようにＣＰＵ１３は、出力部１１より出力される矩形波パルス信号の周波数、デューティー比を設定するが、以下の例では周波数をＴ、デューティー比を５０％とする。

出力部１１はＣＰＵ１３からの指示に基づき矩形波パルス信号を生成する。ＣＰＵ１３は、例えばカウンタを有しており、カウンタにて計時される時間に応じて出力部１１に矩形波パルス信号を生成させる。この例においてＣＰＵ１３は、まず予め設定した周期Ｔ、及びデューティー比となる矩形波パルス信号の「Ｈ」レベルとなる信号を出力部１１に出力させる。そして、カウンタにて計時される時間が周期Ｔの１／２、即ち、Ｔ／２の時間が経過する直前となると測定点Ａの電圧値を取得する。このときの電圧値をＶＨとする。なお、ＣＰＵ１３は例えば内蔵する電圧センサ等により測定点Ａの電圧値を検出してもよいし、例えばフィルタ部１７の出力段にＡ／Ｄ変換器等が備えられており、測定点Ａの電圧値を示すデジタル信号を取得してもよい。

続いて、ＣＰＵ１３は、矩形波パルス信号の「Ｌ」レベルとなる信号を出力部１１に出力させる。そして、カウンタにて計時される時間が周期Ｔの直前となると測定点Ａの電圧値を取得する。このときの電圧値をＶＬとする。

その後、ＣＰＵ１３は、取得した電圧値ＶＨと、電圧値ＶＬとの差分（ＶＨ−ＶＬ）を求める。以下では、この差分電圧をＶｐ−ｐとする。

ＣＰＵ１３は、差分電圧Ｖｐ−ｐと第１のしきい値Ｖ１とを比較し、差分電圧Ｖｐ−ｐの方が第１のしきい値Ｖ１よりも大きい場合には異常がない（即ち、地絡していない）と判定する。第１のしきい値Ｖ１、及び後述する第２のしきい値Ｖ２は、電池１の絶縁抵抗が低下した場合に生じる差分電圧の変化に基づいて定められる。差分電圧の変化は、例えばシミュレーション、実験等によって把握可能である。

差分電圧Ｖｐ−ｐが第１のしきい値Ｖ１以下の場合には、第２のしきい値Ｖ２（但しＶ２＜Ｖ１）と差分電圧Ｖｐ−ｐとを比較する。Ｖ２の方が小さい場合には、ＣＰＵ１３は、軽微な地絡、或いは車両容量の増大のいずれかであると判定する。このとき、ＣＰＵ１３は、車両のユーザーに対して例えば音や表示等による警告をしてもよい。

差分電圧Ｖｐ−ｐが第２のしきい値Ｖ２以下の場合には、ＣＰＵ１３は、重度の地絡、或いは車両容量の増大のいずれかであると判定する。このとき、ＣＰＵ１３は、これ以上車両の運転を継続することは良くないと判定して、例えば車両のモータの停止を促す旨の表示をしてもよい。

図２（ａ）は出力部１１より出力される矩形波パルス信号を例示するタイミングチャートである。図２（ｂ）、（ｃ）は測定点Ａにおける電圧信号を例示するタイミングチャートである。また、図中のＳ１、Ｓ２、・・・は、ＣＰＵ１３が測定点Ａの電圧値を取得するサンプリングのタイミングを示している。サンプリングのタイミングＳ１、Ｓ２、・・・は、矩形波パルス信号の後縁（立ち下がり点）のやや手前、及び前縁（立ち上がり点）のやや手前に設定されている。即ち、サンプリングのタイミングＳ１、Ｓ２、・・・は、Ｔ／２毎に設定されており、矩形波パルス信号が「Ｈ」レベル、及び「Ｌ」レベルの時点を交互にサンプリングしている。タイミングＳ１、Ｓ３、・・（奇数回目）にて、ＣＰＵ１３は電圧値ＶＨを取得し、タイミングＳ２、Ｓ４、・・（偶数回目）にて、ＣＰＵ１３は電圧値ＶＬを取得している。

図２（ｂ）は、正常時、即ち、地絡が発生していないときの、測定点Ａに発生する電圧波形の例を示している。図２（ｂ）に示されるように、測定点Ａにおける電圧波形は、矩形波パルスの前縁、及び後縁にて若干滑らかに丸みをおびているものの、例えばタイミングＳ１で測定される電圧値ＶＨと、タイミングＳ２で測定される電圧値ＶＬとの差分電圧Ｖｐ−ｐ（＝ＶＨ−ＶＬ）は十分に大きな値となっている。

図２（ｃ）は、地絡が発生している場合の、測定点Ａに発生する電圧波形の例を示している。地絡が発生している場合には、電池１の絶縁抵抗が低下するため、タイミングＳ１、Ｓ３、・・（奇数回目）で測定される電圧値ＶＨは低い値となる。従って、差分電圧Ｖｐ−ｐ（＝ＶＨ−ＶＬ）は低い値となる。前記のように、ＣＰＵ１３は、差分電圧Ｖｐ−ｐが第１のしきい値Ｖ１以下で第２のしきい値Ｖ２よりも大きい場合には地絡の可能性があることを警告し、差分電圧Ｖｐ−ｐが第２のしきい値Ｖ２よりも小さい場合には、車両の停止を促す旨の表示をしてもよい。

ここで、車両容量が増加するような場合、測定点Ａに発生する電圧波形の前縁付近で大きく変化するが、後縁付近ではあまり変化しない。従って、サンプリングのタイミングＳ１、Ｓ２、・・・を、パルス波形の後縁付近となるように設定することで、車両容量の影響を低減することができる。このように、本実施形態の地絡検出装置１０は、高精度な地絡検出が可能である。

（カップリングコンデンサ部の充放電）
前記のように、カップリングコンデンサ部１５はアルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を備える。電池１の地絡がない場合、強電側と弱電側とは分離されており、カップリングコンデンサ部１５の両端が無負荷状態となる。

ここで、一般にアルミ電解コンデンサを無負荷のまま長期間放置すると漏れ電流が増加することがある。漏れ電流の増加は、陽極箔の酸化皮膜が電解液と反応して、耐電圧が低下することが原因である。そのため、アルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を無負荷のまま長期間放置する事態を回避することで、アルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の絶縁レベルを高く維持し、長期信頼性を向上させることができる。

アルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に代えて、例えばセラミックコンデンサ等を用いても絶縁レベルを維持することは可能である。しかし、セラミックコンデンサ単体の容量をアルミ電解コンデンサと同程度に大きくすることは困難である。そのため、多数のセラミックコンデンサを用いる必要があり、回路規模が増大するため現実的ではない。

後述するように、地絡検出装置１０のＣＰＵ１３は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のオン、オフを適切に制御することでアルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を充放電できる。アルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の電解液は、電圧を印加されると修復作用により元の状態に戻る。このことにより、アルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の漏れ電流が増加する事態を回避可能である。

図３は、カップリングコンデンサ部１５の充電時の地絡検出装置１０を示す図である。なお、図１と同じ要素については同じ符号を付しており説明を省略する。ＣＰＵ１３は、図３に示されるように、カップリングコンデンサ部１５の充電時にはスイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２をオンにして、スイッチＳＷ３をオフにする。前記のように、カップリングコンデンサ部１５の一端側は、電池１の負極端子と接続されている。そして、カップリングコンデンサ部１５の他端側は、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２がオンであることにより電池１の正極端子と接続される。このとき、スイッチＳＷ３がオフであることにより弱電側と強電側が切り離され、車両駆動用の電池１によってアルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が充電される。

図４は、カップリングコンデンサ部１５の放電時の地絡検出装置１０を示す図である。なお、図１と同じ要素については同じ符号を付しており説明を省略する。ＣＰＵ１３は、図４に示されるように、カップリングコンデンサ部１５の放電時にはスイッチＳＷ２をオンにして、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ３をオフにする。このとき、スイッチＳＷ１がオフで、スイッチＳＷ２がオンであることにより、カップリングコンデンサ部１５の一端側と他端側とは抵抗Ｒａ、Ｒｂを介して接続される。また、スイッチＳＷ３がオフであることにより弱電側と強電側が切り離され、アルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が放電される。ここで、アルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が充電された状態でスイッチＳＷ３がオンとなると、弱電側に大きな電流が流れて地絡検出装置１０に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、ＣＰＵ１３は、カップリングコンデンサ部１５を放電させてから、スイッチＳＷ３をオンにする。

このように、ＣＰＵ１３がスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３のオン、オフを適切に切り替えることで、地絡検出装置１０は、電池１の地絡を検出することも、カップリングコンデンサ部１５の充放電をすることも可能である。ここで、一般に車両のイグニッションがオンの状態のとき（車両の動作中）には電池１の地絡を検出し続ける必要がある。そこで、地絡検出装置１０は、図５のフローチャートに従う制御を実行することで、地絡検出を行いつつ、合間にカップリングコンデンサ部１５を充放電してアルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の長期信頼性を向上させることができる。

（地絡検出装置の処理）
図５は、本実施形態に係る地絡検出装置１０の処理を示すフローチャートである。まず、地絡検出装置１０は、初期状態のときに、または車両のイグニッションがオンの状態でなく（ステップＳ２のＮｏ）、かつコンデンサの活性化が必要でもないとき（ステップＳ４のＮｏ）に、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を全てオフにする（ステップＳ１）。ここで、コンデンサの活性化とは、カップリングコンデンサ部１５を充放電することである。この例では、車両の動作が終わってイグニッションがオンからオフになったときに、コンデンサの活性化が必要である。地絡検出装置１０は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をすべてオフにすることで、車両が動作していないときに、暗電流等によって電池１の充電率が低下することを防止する。

地絡検出装置１０は、ステップＳ１の後に、車両のイグニッションがオンの状態か否かを判定する（ステップＳ２）。車両のイグニッションがオンの状態であれば（ステップＳ２のＹｅｓ）、車両の動作中に地絡を検出し続けるように、地絡検出装置１０は、スイッチＳＷ１、ＳＷ３をオンに、スイッチＳＷ２をオフにする（ステップＳ３）。このとき、地絡検出装置１０は、図１に示される状態となり、差分電圧Ｖｐ−ｐと第１のしきい値Ｖ１、第２のしきい値Ｖ２とを比較することで地絡を検出できる。ステップＳ３を実行すると、地絡検出装置１０は再びステップＳ２に戻る。

地絡検出装置１０は、車両のイグニッションがオンの状態でなければ（ステップＳ２のＮｏ）、コンデンサの活性化が必要か否かを判定する（ステップＳ４）。本実施形態では、地絡検出装置１０は、動作していた車両が停止するときに、カップリングコンデンサ部１５の充放電を実行し、カップリングコンデンサ部１５が無負荷のまま長期間放置される事態を回避する。つまり、前記のように、地絡検出装置１０はイグニッションがオンからオフになることを検出して、コンデンサの活性化が必要であると判定する。

地絡検出装置１０は、コンデンサの活性化が必要であると判定すると（ステップＳ４のＹｅｓ）、以下のようにカップリングコンデンサ部１５を充放電する。まず、地絡検出装置１０は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンに、スイッチＳＷ３をオフにする（ステップＳ５）。このとき、地絡検出装置１０は、図３に示される状態となり、車両駆動用の電池１によってアルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が充電される。

次に、地絡検出装置１０は、コンデンサの放電が必要か否かを判定する（ステップＳ６）。地絡検出装置１０は、コンデンサの放電が必要と判定するまで（ステップＳ６のＮｏ）、アルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の充電を続ける。地絡検出装置１０は、アルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の電解液が修復作用により元の状態に戻るのに十分な電圧を印加された場合に、コンデンサの充電は十分であって、放電が必要であると判定する。このとき、地絡検出装置１０は、例えばコンデンサの充電時間、カップリングコンデンサ部１５の端子間電圧等に基づいて、コンデンサの放電が必要かを判定してもよい。

地絡検出装置１０は、コンデンサの放電が必要であると判定すると（ステップＳ６のＹｅｓ）、スイッチＳＷ２をオンに、スイッチＳＷ１、ＳＷ３をオフにする（ステップＳ７）。このとき、地絡検出装置１０は、図４に示される状態となり、カップリングコンデンサ部１５の一端側と他端側とが抵抗Ｒａ、Ｒｂを介して接続されて放電が始まる。このとき、抵抗Ｒａ、Ｒｂは放電抵抗として用いられる。

次に、地絡検出装置１０は、コンデンサが十分に放電されたか否かを判定する（ステップＳ８）。地絡検出装置１０は、カップリングコンデンサ部１５の放電が終わるまで、放電を継続する（ステップＳ８のＮｏ）。カップリングコンデンサ部１５の放電が終わると（ステップＳ８のＹｅｓ）、カップリングコンデンサ部１５から弱電側に大きな電流が流れることはないため、スイッチＳＷ３をオンとすることが可能になる。その後、地絡検出装置１０の処理はステップＳ１に戻る。

以上のように、本実施形態の地絡検出装置１０によれば、高精度に地絡を検出するだけでなく、カップリングコンデンサ部１５のアルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が無負荷のまま長期間放置されることを回避できる。ここで、図６は従来例の地絡検出装置１０Ａを示す図である。本実施形態に係る地絡検出装置１０は、従来例の地絡検出装置１０Ａと比べて、スイッチＳＷ２、ＳＷ３を備える点で異なる。

図６に示される従来例の地絡検出装置１０Ａの回路構成では、高精度に電池１の地絡を検出することができる。しかし、従来例の地絡検出装置１０Ａは、スイッチＳＷ２、ＳＷ３を備えない。そのため、従来例の地絡検出装置１０Ａは、カップリングコンデンサ部１５のアルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の充放電を効率的に行う地絡検出装置１０の回路構成（図３、図４）をとることができない。

一方で、本実施形態の地絡検出装置１０は、回路規模をほとんど増大させずに、高精度の地絡検出だけでなく、地絡を検出していないときにカップリングコンデンサ部１５を充放電させることが可能である。そのため、カップリングコンデンサ部１５がアルミ電解コンデンサで構成される場合でも、漏れ電流が増加する前に充放電することができ、アルミ電解コンデンサの絶縁レベルを高く維持して、長期信頼性を向上させることが可能である。

また、本実施形態の地絡検出装置１０は、従来例でも用いられている抵抗Ｒａ、Ｒｂで構成される抵抗分圧回路を備える。この抵抗分圧回路は、地絡を検出する際には電池１の電圧を測定するのに用いられる。ここで、本実施形態の地絡検出装置１０では、例えば図４に示されるように、同じ抵抗分圧回路を、カップリングコンデンサ部１５の電圧を測定する電圧測定部として用いることが可能である。電圧測定部によって、例えばカップリングコンデンサ部１５の充電後の電圧を測定することで、アルミ電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の一部または全部のオープン故障を検出可能である。このとき、カップリングコンデンサ部１５の電圧を測定する専用の電圧測定部を設ける必要はないため、地絡検出装置１０の回路規模の増大を抑制することができる。

また、本実施形態の地絡検出装置１０は、従来例でも用いられている車両駆動用の電池１を備える。例えば図３に示されるように、カップリングコンデンサ部１５は電池１を電源として充電される。このとき、カップリングコンデンサ部１５を充電するために、専用の電池を設ける必要はないため、地絡検出装置１０の回路規模の増大を抑制することができる。

また、本実施形態の地絡検出装置１０は、従来例でも用いられている抵抗Ｒａ、Ｒｂを備える。前記のように、抵抗Ｒａ、Ｒｂは、電池１の電圧を測定するために用いられる電圧検出用抵抗である。ここで、例えば図４に示されるように、電圧検出用抵抗である抵抗Ｒａ、Ｒｂは、カップリングコンデンサ部１５の放電の際には放電抵抗として用いられる。このとき、カップリングコンデンサ部１５の放電を行う回路に、専用の負荷を設ける必要はないため、地絡検出装置１０の回路規模の増大を抑制することができる。

また、本実施形態の地絡検出装置１０は、カップリングコンデンサ部１５の充放電をイグニッションがオフの状態で行うことができる。イグニッションがオンの状態（車両の動作中）においては地絡検出が実行される可能性があるが、地絡検出装置１０は、地絡検出を阻害することなく、アルミ電解コンデンサの絶縁レベルを高く維持することが可能になる。

また、本実施形態の地絡検出装置１０は、カップリングコンデンサ部１５は複数のアルミ電解コンデンサを備える。そのため、例えばいくつかのアルミ電解コンデンサがショートした場合でも残りのアルミ電解コンデンサで耐圧を確保することが可能になる。よって、故障耐性のあるカップリングコンデンサ部１５を実現できる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロック及びステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロック及びステップを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、前記の実施形態における地絡検出装置１０は、カップリングコンデンサ部１５の電圧を測定する電圧測定部として電池１の電圧を測定する抵抗分圧回路を用いている。しかし、地絡検出装置１０は固有の電圧測定部を備えていてもよい。また、前記の実施形態における地絡検出装置１０は、カップリングコンデンサ部１５を充電する電源として車両駆動用の電池１を用いている。しかし、地絡検出装置１０は固有の電源を備えていてもよい。また、前記の実施形態における地絡検出装置１０は、カップリングコンデンサ部１５の放電抵抗として電圧検出用抵抗である抵抗Ｒａ、Ｒｂを用いている。しかし、地絡検出装置１０は固有の放電抵抗を備えていてもよい。また、カップリングコンデンサ部１５は、複数のアルミ電解コンデンサを並列に接続した構成であってもよいし、直列接続と並列接続とを組み合わせた構成であってもよい。

１ 電池
１０、１０Ａ 地絡検出装置
１１ 出力部
１３ ＣＰＵ
１５ カップリングコンデンサ部
１７ フィルタ部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ アルミ電解コンデンサ
Ｒ１、Ｒａ、Ｒｂ 抵抗
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３ スイッチ

Claims (7)

1. アルミ電解コンデンサを備えるカップリングコンデンサ部の一端側に高電圧電源の正極端子または負極端子を接続し、前記カップリングコンデンサ部の他端側となる測定点に、矩形波パルス信号を印加し、前記測定点に発生する電圧信号を検出して、直流電源の地絡を検出する車両用地絡検出装置であって、
   前記直流電源の地絡を検出していないときに、前記カップリングコンデンサ部を充放電させる充放電部を備える車両用地絡検出装置。
2. 請求項１に記載の車両用地絡検出装置において、
   充電後に前記カップリングコンデンサ部の電圧を測定する電圧測定部を備える車両用地絡検出装置。
3. 請求項２に記載の車両用地絡検出装置において、
   前記電圧測定部が車両駆動用の電池の電圧も測定することを特徴とする車両用地絡検出装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両用地絡検出装置において、
   前記カップリングコンデンサ部の充電に用いる電源に、車両駆動用の電池を用いることを特徴とする車両用地絡検出装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車両用地絡検出装置において、
   前記カップリングコンデンサ部の放電を行う回路に、電圧検出用抵抗を用いることを特徴とする車両用地絡検出装置。
6. 請求項１乃至５に記載の車両用地絡検出装置において、
   前記カップリングコンデンサ部の充放電を、イグニッションがオフの状態で行うことを特徴とする車両用地絡検出装置。
7. 請求項１乃至６に記載の車両用地絡検出装置において、
   前記カップリングコンデンサ部は、複数のアルミ電解コンデンサを備えることを特徴とする車両用地絡検出装置。

Images