JP2020046289A - 地絡検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりもコストを抑えた電動車両の地絡検知装置を提供する。【解決手段】外部充電器Ｊに車載バッテリＢに対して交流結合する漏電検出手段を設け、外部充電器Ｊは、車両Ｓに備えられた車載バッテリＢを充電する装置であり、第１コンタクタ１、第２コンタクタ２、電流源３、第１抵抗器４、コンデンサ５、第２抵抗器６、演算増幅器７及びＭＰＵ８を機能構成要素とする地絡検知装置を備え、漏電検出手段から前記車載バッテリＢに地絡検出信号を供給することにより車両の漏電を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、地絡検知装置に関する。

下記特許文献１には、バッテリー駆動車両、ハイブリッド車両、燃料電池車両等、高電圧を出力する直流電源（バッテリ）を備えた電動車両の地絡検出装置が開示されている。この地絡検出装置は、個々の電動車両に備えられるものであり、各電動車両における電源系統の地絡を検出する。

特開２０１４−１７９７４号公報

ところで、上記地絡検出装置は個々の電動車両に搭載されるので、電動車両のコストアップの要因となっている。電動車両のより一層の普及を図るためにはコストを抑えた電動車両の地絡検出技術が要望されている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりもコストを抑えた電動車両の地絡検知装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、地絡検知装置に係る解決手段として、外部充電器に車載バッテリに対して交流結合する漏電検出手段を設け、当該漏電検出手段から前記車載バッテリに地絡検出信号を供給することにより車両の漏電を検出する、という手段を採用する。

本発明によれば、従来よりもコストを抑えた電動車両の地絡検知装置を提供することが可能である。

本発明の一実施形態に係る地絡検知装置の機能構成を示す回路図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る地絡検知装置は、電気自動車やハイブリッド自動車等、車載バッテリの電力でモータを駆動して走行する車両を検知対象とするものであり、上記車載バッテリを充電する外部充電器に備えられる。

この外部充電器Ｊは、図１に示すように、車両Ｓに備えられた車載バッテリＢを充電する装置であり、第１コンタクタ１、第２コンタクタ２、電流源３、第１抵抗器４、コンデンサ５、第２抵抗器６、演算増幅器７及びＭＰＵ８を機能構成要素とする地絡検知装置を備えている。なお、これら構成要素のうち、第１抵抗器４、コンデンサ５、第２抵抗器６、演算増幅器７及びＭＰＵ８は、本発明の漏電検出手段を構成している。また、図１において、符号Ｃはバッテリ監視装置、Ｒｃは漏電抵抗、Ｐは充電プラグ、またＧは車体グランドである。

先に、車両Ｓについて説明すると、当該車両Ｓは、車載バッテリＢの他にバッテリ監視装置Ｃを備えている。車載バッテリＢは、複数の電池セルが直列接続された組電池であり、比較的高圧（数百ボルト）の電力（バッテリ電力）を車両Ｓに設けられた各種車両負荷に供給する。車載バッテリＢのプラス端子は、最上位に位置する電池セルのプラス端子であり、また車載バッテリＢのマイナス端子は最下位に位置する電池セルのマイナス端子である。

このような車載バッテリＢは、個々の電池セルの電圧（セル電圧）を合計した電圧（バッテリ電圧）を電源系統を介して車両負荷に印加する。すなわち、車載バッテリＢのプラス端子と車両負荷とを接続するプラス電源系統には車載バッテリＢのプラス電位が印加され、また車載バッテリＢのマイナス端子と車両負荷とを接続するマイナス電源系統には車載バッテリＢのマイナス電位が印加される。

バッテリ監視装置Ｃは、図示しない通信系統を用いて外部充電器Ｊと通信を行うことにより、外部充電器Ｊによる車載バッテリＢの充電を制御する。このような車両Ｓでは、車載バッテリＢと車両負荷とを接続する電源系統（プラス電源系統あるいは／及びマイナス電源系統）が何らかの原因で地絡すると、電源系統と車体グランドＧとの間に地絡抵抗Ｒｃを介して地絡電流が流れる。

ここで、電源系統が正常で地絡の発生がない場合、上記地絡抵抗Ｒｃが十分に大きな抵抗値であり、よって地絡電流は殆ど流れないが、電源系統に地絡が発生すると、地絡抵抗Ｒｃの抵抗値は、地絡の状態に応じた抵抗値に低下し、よって地絡電流は大幅に増加する。なお、図１では、車載バッテリＢのマイナス端子に接続された電源系統に発生した地絡を一例として示している。

外部充電器Ｊは、上記車載バッテリＢを充電する機器である。すなわち、外部充電器Ｊは、一対の出力端のうち、高電位側の出力端が充電プラグＰのプラス電極を介して車載バッテリＢのプラス端子に接続され、また低電位側の出力端が同じく充電プラグＰのマイナス電極を介して車載バッテリＢのマイナス端子に接続される。

このような外部充電器Ｊは、充電プラグＰを介して車両Ｓに対して着脱自在に接続される。また、図１に示すように外部充電器Ｊが車両Ｓに接続された状態において、外部充電器Ｊのグランド（接地電位）は、車体グラウンドＧを介して上記電源系統のグランド（接地電位）に接続される。

この外部充電器Ｊにおいて、第１コンタクタ１は、電流源３の高電圧側出力端と充電プラグＰのプラス電極との接続を切り替える開閉スイッチである。第２コンタクタ２は、電流源３の低電圧側出力端と充電プラグＰのマイナス電極との接続を切り替える開閉スイッチである。すなわち、第１コンタクタ１及び第２コンタクタ２が閉状態になると、電流源３の高電圧側出力端は充電プラグＰのプラス電極を介して車載バッテリＢのプラス端子に接続され、また電流源３の低電圧側出力端は充電プラグＰのマイナス電極を介して車載バッテリＢのマイナス端子に接続される。

電流源３は、直流電流源であり、上記高電圧側出力端から直流電流（バッテリ電流）を出力し、上記低電圧側出力端から負荷電流を回収する。この電流源３は、車載バッテリＢを充電するためのバッテリ電流を充電電流として車載バッテリＢに供給する。第１抵抗器４は、一端が充電プラグＰのプラス電極に接続され、他端がコンデンサ５の一端に接続されている。コンデンサ５は、一端が第１抵抗器４の他端に接続され、他端がＭＰＵ８の出力端に接続されている。

第２抵抗器６は、一端が充電プラグＰのプラス電極に接続され、他端が演算増幅器７の逆相入力端に接続されている。演算増幅器７は、逆相入力端が上記第２抵抗器６の他端及び出力端に接続され、正相入力端に基準電圧Ｖrefが入力され、出力端が逆相入力端、第２抵抗器６の他端及びＭＰＵ８の入力端に接続されている。上記基準電圧Ｖrefは、ＭＰＵ８の電源電圧の１／２に相当する直流電圧である。

ＭＰＵ８は、出力端から地絡検出信号を出力した際に入力端に入力される地絡評価信号に基づいて上記電源系統の地絡を検知する。すなわち、このＭＰＵ８は、地絡検知プログラムを記憶するメモリと、地絡検知プログラムを実行する演算装置とを少なくとも備えており、地絡検知プログラムを演算装置で実行することにより、地絡検出信号を生成して車載バッテリＢのプラス端子に供給すると共に、車載バッテリＢのマイナス端子から地絡評価信号を取り込んで車両Ｓにおける電源系統の地絡を検知する。

次に、本実施形態に係る地絡検知装置の動作、つまりＭＰＵ８における地絡検知処理について詳しく説明する。

車両Ｓにおける電源系統の地絡を検知する場合、ＭＰＵ８は、一定周期の方形波を地絡検出信号として生成してコンデンサ５の他端に出力する。この地絡検出信号（方形波）は、コンデンサ５によって直流信号成分がカットされ、また第１抵抗器４及びコンデンサ５のフィルタ作用によって所定周波数の正弦波として車載バッテリＢのプラス端子に印加される。

このような地絡検出信号（正弦波）の印加によって車載バッテリＢのマイナス端子には、車載バッテリＢの内部抵抗と地絡抵抗Ｒｃとによって抵抗分圧された地絡評価信号（正弦波）が発生する。この地絡評価信号（正弦波）は、充電プラグＰのマイナス電極及び第２抵抗器６を介して演算増幅器７に入力されることにより基準電圧Ｖrefが加算された信号つまり直流成分と交流成分とからなる信号に変換されてＭＰＵ８に入力される。

ＭＰＵ８は、演算増幅器７に入力される地絡評価信号の大小を評価することによって車両Ｓにおける電源系統の地絡を検知する。すなわち、電源系統が正常な場合、地絡抵抗Ｒｃの抵抗値は比較的大きいので地絡評価信号の交流成分は比較的大きいが、電源系統が地絡した場合、地絡抵抗Ｒｃの抵抗値は比較的小さくなるので地絡評価信号の交流成分は比較的小さくなる。したがって、ＭＰＵ８は、地絡評価信号の交流成分が所定の評価しきい値よりも小さい場合に車両Ｓの電源系統に地絡が発生したと判断する。

このような本実施形態によれば、外部充電器Ｊが車両Ｓにおける電源系統の地絡検知機能を備えるので、つまり車両Ｓに地絡検知機能を備える必要がないので、従来よりもコストを抑えた電動車両の地絡検知装置を提供することが可能である。

Ｂ 車載バッテリ
Ｃ バッテリ監視装置
Ｊ 外部充電器
Ｐ 充電プラブ
Ｓ 車両
１ 第１コンタクタ
２ 第２コンタクタ
３ 電流源
４ 第１抵抗器
５ コンデンサ
６ 第２抵抗器
７ 演算増幅器
８ ＭＰＵ

Claims (1)

1. 外部充電器に車載バッテリに対して交流結合する漏電検出手段を設け、当該漏電検出手段から前記車載バッテリに地絡検出信号を供給することにより車両の漏電を検出することを特徴とする地絡検知装置。

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