JP4064292B2 - 地絡検知装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両等に搭載された地絡検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば高圧直流電源を具備する直流回路の陽極側および陰極側に対して、地絡検出用の電流検出器あるいは電圧検出器を選択的に切替接続することによって、直流回路の適宜の位置における地絡発生の有無を検出する地絡検出方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、このような地絡検出方法において高圧直流電源の電源電圧を検出し、この電源電圧の検出値によって、電源電圧の変動に伴う地絡検出用の電流検出器あるいは電圧検出器の検出結果の変動を補正する検出方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−１２６１６号公報
【特許文献２】
特許第２８３８４６２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術に係る地絡検出方法においては、高圧直流電源の電源電圧を検出するための電圧検出部を備える必要があり、さらに、この電圧検出部による検出結果に基づき、地絡検出用の電流検出器あるいは電圧検出器の検出結果の変動を補正する構成が必要となり、装置構成が複雑化するという問題が生じる。
また、高圧直流電源を具備する直流回路に、例えば浮遊容量成分等が存在すると、地絡検出用の電流検出器あるいは電圧検出器の切替接続に伴う電流変化や電圧変化に時間依存性が生じることから、単に、切替接続の実行時に電流検出器あるいは電圧検出器で検出を行うだけでは、地絡発生の有無を精度良く検出することができない虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、装置構成が複雑化することを防止しつつ、地絡発生の有無を精度良く検出することが可能な地絡検知装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の地絡検知装置は、車両に搭載された直流電源と、該直流電源の正端子（例えば、実施の形態での正極側端子１１Ａ）または負端子（例えば、実施の形態での負極側端子１１Ｂ）の何れか一方と車両のアースとの間に直列に接続された地絡検出抵抗（例えば、実施の形態での正極側検出抵抗３３ａ、負極側検出抵抗３３ｂ）およびスイッチング素子（例えば、実施の形態での正極側スイッチング素子３２ａ、負極側スイッチング素子３２ｂ）および保護抵抗（例えば、実施の形態での正極側保護抵抗３１ａ、負極側保護抵抗３１ｂ）と、前記直流電源の正端子または負端子の何れか他方と車両のアースとの間に接続された定電流源（例えば、実施の形態での正極側定電流源３４ａ、負極側定電流源３４ｂ）と、前記地絡検出抵抗と前記保護抵抗との接続および遮断を行う前記スイッチング素子により前記地絡検出抵抗と前記保護抵抗とを接続した後に、前記地絡検出抵抗の両端に発生する端子電圧の収束値を予測する予測手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０１〜ステップＳ０７）と、前記端子電圧の収束値に基づいて車両のアースと前記直流電源の正端子または負端子との間に発生する地絡の有無を検出する検出手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０８〜ステップＳ１０）とを備えることを特徴としている。
【０００６】
上記構成の地絡検知装置によれば、直流電源を具備する直流回路に、例えば浮遊容量成分等が存在したり、例えば直流電源の出力に対してリップル電流の発生を抑制するためのコンデンサが備えられたり、例えば直流電源からの電力供給によって車両の走行用モータを駆動制御するインバータに平滑コンデンサが備えられる場合等であっても、地絡検出抵抗の両端に発生する端子電圧の収束値に基づいて精度良く地絡発生の有無を検知することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る地絡検知装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による地絡検知装置１０は、例えば燃料電池車両やハイブリッド車両等の車両に搭載され、例えば接地された車体から電気的に絶縁された非接地直流電源（以下、単に、直流電源と呼ぶ）１１の正極側あるいは負極側に発生する地絡、つまり絶縁破壊の有無を検知する。
ここで、直流電源１１は、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなる複数のキャパシタセルが直列に接続されてなるキャパシタや、例えば複数のセル（例えばリチウムイオン電池等の二次電池）が直列に接続されてなるバッテリであり、例えば図１に示すように、車両の駆動源としてのモータ１２の駆動および回生作動を制御するモータ駆動回路１３に接続されている。
【０００８】
また、モータ駆動回路１３は、例えばトランジスタ等のスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続したスイッチング回路から構成されたパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備え、例えば複数相のモータ１２の固定子巻線への通電を順次転流させるようになっている。
すなわち、モータ駆動回路１３は、例えばモータ１２の駆動時に、モータ制御装置（図示略）から出力されるトルク指令に基づき、直流電源１１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ１２へ供給する。一方、例えば車両の減速時等の回生作動時において駆動輪側からモータ１２側に駆動力が伝達されると、モータ駆動回路１３はモータ１２を発電機として作動させ、いわゆる回生制動力を発生させ、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。
【０００９】
本実施の形態による地絡検知装置１０は、例えば図１に示すように、直流電源１１に並列に接続された正極側検知部２１および負極側検知部２２と、制御部２３と、地絡判定部２４とを備えて構成されている。
正極側検知部２１は、例えば、直流電源１１の正極側端子１１Ａから負極側端子１１Ｂに向かい順次、直列に接続された正極側保護抵抗３１ａ（抵抗値Ｒ１）と、正極側スイッチング素子３２ａと、正極側検出抵抗３３ａ（抵抗値Ｒ２）と、正極側定電流源３４ａと、さらに、正極側検出抵抗３３ａに並列に接続された正極側電圧検出器３５ａとを備えて構成されている。
負極側検知部２２は、例えば、直流電源１１の負極側端子１１Ｂから正極側端子１１Ａに向かい順次、直列に接続された負極側保護抵抗３１ｂ（抵抗値Ｒ３）と、負極側スイッチング素子３２ｂと、負極側検出抵抗３３ｂ（抵抗値Ｒ４）と、負極側定電流源３４ｂと、さらに、負極側検出抵抗３３ｂに並列に接続された負極側電圧検出器３５ｂとを備えて構成されている。
【００１０】
ここで、正極側スイッチング素子３２ａは、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）等のＦＥＴとされ、ドレインは正極側保護抵抗３１ａに接続され、ソースは正極側検出抵抗３３ａに接続され、ゲートは制御部２３に接続されている。
また、負極側スイッチング素子３２ｂは、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴとされ、ドレインは負極側保護抵抗３１ｂに接続され、ソースは負極側検出抵抗３３ｂに接続され、ゲートは制御部２３に接続されている。
さらに、正極側検出抵抗３３ａと正極側定電流源３４ａとの接続部および負極側検出抵抗３３ｂと負極側定電流源３４ｂとの接続部は、例えば車体等に接続されることで接地されている。
【００１１】
また、例えば図１に示すように、直流電源１１およびモータ駆動回路１３に並列に接続された正極側コンデンサ３６ａ（容量Ｃ１）および負極側コンデンサ３６ｂ（容量Ｃ２）は、例えば直流電源１１からのリップル電流を抑制するコンデンサや、例えばモータ駆動回路１３に具備される平滑コンデンサや、例えば回路における浮遊容量成分等を示すものであって、正極側コンデンサ３６ａ（容量Ｃ１）と負極側コンデンサ３６ｂ（容量Ｃ２）との接続部は接地されている。
【００１２】
正極側定電流源３４ａは、例えば図２に示すように、オペアンプ４１ａと、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴからなるスイッチング素子４２ａと、抵抗４３ａ（抵抗値Ｒａ）と、電流制限抵抗４４ａとを備えて構成されている。
抵抗４３ａの一方の端子は正極側検出抵抗３３ａに接続されることで接地されており、他方の端子はオペアンプ４１ａの非反転入力端子およびスイッチング素子４２ａのソースに接続されている。また、スイッチング素子４２ａのドレインは直流電源１１の負極側端子１１Ｂに接続され、スイッチング素子４２ａのゲートは電流制限抵抗４４ａを介してオペアンプ４１ａの出力端子に接続されている。
【００１３】
ここで、オペアンプ４１ａの反転入力端子には適宜の基準電圧Ｖｒｉが入力されており、オペアンプ４１ａの非反転入力端子には抵抗４３ａに流れる電流Ｉに応じた電圧（Ｉ×Ｒａ）が入力されており、この電圧（Ｉ×Ｒａ）と基準電圧Ｖｒｉとに差ΔＶ＝（Ｉ×Ｒａ−Ｖｒｉ）があると、この差ΔＶを適宜の利得Ａｍで増幅して得た電圧Ａｍ×ΔＶがオペアンプ４１ａからスイッチング素子４２ａのベースへ入力される。ここで、スイッチング素子４２ａのソースの電位、つまりオペアンプ４１ａの非反転入力端子に入力される電圧は、ベースに入力される電圧Ａｍ×ΔＶにスイッチング素子４２ａでのゲート・ソース端子間のＰＮ接合の順方向電圧Ｖｆを加算して得た値（Ａｍ×ΔＶ＋Ｖｆ）となるが、この値は、例えば利得Ａｍが十分に大きな値に設定されていると、基準電圧Ｖｒｉにほぼ等しくなり、抵抗４３ｂに流れる電流Ｉは一定の電流値（例えば、Ｖｒｉ／Ｒａ）となる。
これにより、抵抗４３ａに流れる電流Ｉの電流値は、基準電圧Ｖｒｉに応じた適宜の電流値以下の値となるように規制される。
なお、オペアンプ４１ａの反転入力端子へ入力される基準電圧Ｖｒｉおよび非反転入力端子へ入力される電圧（Ｉ×Ｒａ）は負の電圧とされている。
【００１４】
同様にして、負極側定電流源３４ｂは、例えば図２に示すように、オペアンプ４１ｂと、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴからなるスイッチング素子４２ｂと、抵抗４３ｂ（抵抗値Ｒｂ）と、電流制限抵抗４４ｂとを備えて構成されている。
抵抗４３ｂの一方の端子は負極側検出抵抗３３ｂに接続されることで接地されており、他方の端子はオペアンプ４１ｂの反転入力端子およびスイッチング素子４２ｂのソースに接続されている。また、スイッチング素子４２ｂのドレインは直流電源１１の正極側端子１１Ａに接続され、スイッチング素子４２ｂのゲートは電流制限抵抗４４ｂを介してオペアンプ４１ｂの出力端子に接続されている。
【００１５】
ここで、オペアンプ４１ｂの非反転入力端子には適宜の基準電圧Ｖｒｉが入力されており、オペアンプ４１ｂの反転入力端子には抵抗４３ｂに流れる電流Ｉに応じた電圧（Ｉ×Ｒｂ）が入力されており、この電圧（Ｉ×Ｒｂ）と基準電圧Ｖｒｉとに差ΔＶ＝（Ｖｒｉ−Ｉ×Ｒｂ）があると、この差ΔＶを適宜の利得Ａｍで増幅して得た電圧Ａｍ×ΔＶがオペアンプ４１ｂからスイッチング素子４２ｂのベースへ入力される。ここで、スイッチング素子４２ｂのソースの電位、つまりオペアンプ４１ｂの反転入力端子に入力される電圧は、ベースに入力される電圧Ａｍ×ΔＶからスイッチング素子４２ｂでのゲート・ソース端子間のＰＮ接合の順方向電圧Ｖｆを減算して得た値（Ａｍ×ΔＶ−Ｖｆ）となるが、この値は、例えば利得Ａｍが十分に大きな値に設定されていると、基準電圧Ｖｒｉにほぼ等しくなり、抵抗４３ｂに流れる電流Ｉは一定の電流値（例えば、Ｖｒｉ／Ｒｂ）となる。
これにより、抵抗４３ｂに流れる電流Ｉの電流値は、基準電圧Ｖｒｉに応じた適宜の電流値以下の値となるように規制される。
なお、オペアンプ４１ｂの非反転入力端子へ入力される基準電圧Ｖｒｉおよび反転入力端子へ入力される電圧（Ｉ×Ｒｂ）は正の電圧とされている。
【００１６】
制御部２３は、正極側検知部２１の正極側スイッチング素子３２ａおよび負極側検知部２２の負極側スイッチング素子３２ｂのオン／オフ切替制御と、正極側定電流源３４ａおよび負極側定電流源３４ｂの各スイッチング素子４２ａ，４２ｂのオン／オフ切替制御を実行する。
例えば、制御部２３は、地絡検知処理の実行時に、正極側検知部２１の正極側スイッチング素子３２ａおよび負極側検知部２２の負極側スイッチング素子３２ｂをオン状態に設定するオン信号を各スイッチング素子３２ａ，３２ｂのベースへ入力する。一方、地絡検知処理の非実行時には、各スイッチング素子３２ａ，３２ｂをオフ状態に設定するオフ信号を各ベースへ入力する。
【００１７】
地絡検知処理の実行時に、制御部２３によって正極側検知部２１の正極側スイッチング素子３２ａがオン状態に設定されると、正極側定電流源３４ａから供給される所定の電流Ｉが正極側保護抵抗３１ａおよび正極側検出抵抗３３ａに流れ、負極側検知部２２の負極側スイッチング素子３２ｂがオン状態に設定されると、負極側定電流源３４ｂから供給される所定の電流Ｉが負極側保護抵抗３１ｂおよび負極側検出抵抗３３ｂに流れる。
ここで、例えば直流電源１１の正極側の適宜の位置で地絡が発生した場合、この地絡に係る適宜の大きさの地絡抵抗Ｒｇに正極側定電流源３４ａから供給される所定の電流Ｉが分流する。
【００１８】
すなわち、例えば図３に示すように、地絡が発生していない場合、正極側定電流源３４ａから供給される所定の電流Ｉは、順次、直流電源１１、正極側保護抵抗３１ａ、正極側スイッチング素子３２ａ、正極側検出抵抗３３ａを流れる。
そして、地絡が発生した場合、正極側定電流源３４ａから供給される所定の電流Ｉは、例えば第１電流成分ＩＡおよび第２電流成分ＩＢ（Ｉ＝ＩＡ＋ＩＢ）に分流し、第１電流成分ＩＡは、順次、直流電源１１、正極側保護抵抗３１ａ、正極側スイッチング素子３２ａ、正極側検出抵抗３３ａを流れ、第２電流成分ＩＢは、順次、直流電源１１、地絡抵抗Ｒｇを流れる。
このため、正極側検出抵抗３３ａに並列に接続された正極側電圧検出器３５ａによって検出される出力電圧の電圧値Ｖ２は、地絡が発生していない場合にＶ２＝Ｉ×Ｒ２となり、地絡が発生した場合にＶ２＝ＩＡ×Ｒ２となり、検出される電圧値Ｖ２の大きさが変化する。
なお、地絡が発生した場合に検出される出力電圧の電圧値Ｖ２＝ＩＡ×Ｒ２は、例えば下記数式（１）に示すように、直流電源１１の出力電圧には依存しない値となる。ただし、下記数式（１）においては、正極側コンデンサ３６ａおよび負極側コンデンサ３６ｂの各容量Ｃ１，Ｃ２を無視した。
【００１９】
【数１】
【００２０】
同様にして、例えば直流電源１１の負極側の適宜の位置で地絡が発生した場合、この地絡に係る適宜の大きさの地絡抵抗Ｒｇに負極側定電流源３４ｂから供給される所定の電流Ｉが分流する。
すなわち、例えば図４に示すように、地絡が発生していない場合、負極側定電流源３４ｂから供給される所定の電流Ｉは、順次、負極側検出抵抗３３ｂ、負極側スイッチング素子３２ｂ、負極側保護抵抗３１ｂ、直流電源１１を流れる。
そして、地絡が発生した場合、負極側定電流源３４ｂから供給される所定の電流Ｉは、例えば第１電流成分ＩＡおよび第２電流成分ＩＢ（Ｉ＝ＩＡ＋ＩＢ）に分流し、第１電流成分ＩＡは、順次、負極側検出抵抗３３ｂ、負極側スイッチング素子３２ｂ、負極側保護抵抗３１ｂ、直流電源１１を流れ、第２電流成分ＩＢは、順次、地絡抵抗Ｒｇ、直流電源１１を流れる。
このため、負極側検出抵抗３３ｂに並列に接続された負極側電圧検出器３５ｂによって検出される出力電圧の電圧値Ｖ４は、地絡が発生していない場合にＶ４＝Ｉ×Ｒ４となり、地絡が発生した場合にＶ４＝ＩＡ×Ｒ４となり、検出される出力電圧の電圧値Ｖ４の大きさが変化する。
なお、地絡が発生した場合に検出される電圧値Ｖ４＝ＩＡ×Ｒ４は、例えば下記数式（２）に示すように、直流電源１１の出力電圧には依存しない値となる。ただし、下記数式（２）においては、正極側コンデンサ３６ａおよび負極側コンデンサ３６ｂの各容量Ｃ１，Ｃ２を無視した。
【００２１】
【数２】
【００２２】
また、地絡検知処理の実行時に、制御部２３によって正極側検知部２１の正極側スイッチング素子３２ａまたは負極側検知部２２の負極側スイッチング素子３２ｂがオン状態に設定されると、直流電源１１は、正極側保護抵抗３１ａおよび正極側検出抵抗３３ａを介して、あるいは、負極側保護抵抗３１ｂおよび負極側検出抵抗３３ｂを介して、例えば車体等に接続されることで接地される。
このため、制御部２３は、正極側保護抵抗３１ａおよび正極側検出抵抗３３ａに流れる電流が所定の電流値を超えて過剰に大きくなった場合には、正極側スイッチング素子３２ａをオフ状態に設定するオフ信号を出力し、負極側保護抵抗３１ｂおよび負極側検出抵抗３３ｂに流れる電流が所定の電流値を超えて過剰に大きくなった場合には、負極側スイッチング素子３２ｂをオフ状態に設定するオフ信号を出力する。
すなわち、例えば図５に示すように、正極側電圧検出器３５ａによって検出される正極側検出抵抗３３ａの両端に発生する出力電圧の電圧値Ｖ２に対して所定の保護電圧Ｖｇａｔｅが設定されており、例えば地絡が発生していない場合等のように、地絡抵抗Ｒｇが相対的に大きいときに、出力電圧の電圧値Ｖ２が保護電圧Ｖｇａｔｅを超えることがないように設定されている。同様にして、負極側電圧検出器３５ｂによって検出される負極側検出抵抗３３ｂの両端に発生する出力電圧の電圧値Ｖ４は所定の保護電圧Ｖｇａｔｅを超えることがないように設定されている。
【００２３】
地絡判定部２４は、正極側電圧検出器３５ａによって検出される出力電圧の電圧値Ｖ２または負極側電圧検出器３５ｂによって検出される出力電圧の電圧値Ｖ４に基づき、直流電源１１の正極側または負極側において地絡が発生したか否かを判定する。
ここで、正極側電圧検出器３５ａおよび負極側電圧検出器３５ｂによって検出される出力電圧の各電圧値Ｖ２，Ｖ４は、例えば下記数式（３），（４）に示すように、正極側コンデンサ３６ａおよび負極側コンデンサ３６ｂの各容量Ｃ１，Ｃ２に応じて、指数関数的な時間変化を示す。
このため、地絡判定部２４は、出力電圧の各電圧値Ｖ２，Ｖ４の時間変化に対する収束値を予測し、予測した収束値に基づいて地絡発生の有無を判定する。
【００２４】
【数３】
【００２５】
【数４】
【００２６】
例えば図６に示すように、正極側電圧検出器３５ａによって検出される出力電圧Ｖの電圧値Ｖ２は、制御部２３によって正極側検知部２１の正極側スイッチング素子３２ａがオン状態に設定された時点（例えば、ｔ＝０）から、上記数式（３）に応じて増大傾向に変化し、上記数式（１）に示す電圧値Ｖ２を収束値として収束する。
なお、正極側コンデンサ３６ａおよび負極側コンデンサ３６ｂの各容量Ｃ１，Ｃ２に対しては、各容量が大きくなるほど収束に要する時間が長くなり、例えば図６に示す容量Ｃｂでは、より小さな容量Ｃａ（Ｃａ＜Ｃｂ）に比べて、出力電圧Ｖの電圧値Ｖ２の単位時間あたりの増大率が小さくなる。
【００２７】
ここで、指数関数的な時間変化を示す出力電圧Ｖを、正極側スイッチング素子３２ａがオン状態に設定された時点（例えば、ｔ＝０）から所定周期Δｔで検出して得た電圧値の時系列データを、順次、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ，Ｖｎ＋１，…とすれば、例えば下記数式（５）に示すように、所定周期Δｔにおける電圧値の増大量（例えば、（Ｖ２−Ｖ１），（Ｖ３−Ｖ２），…，（Ｖｎ＋１−Ｖｎ），…）の変化率（例えば、（Ｖ３−Ｖ２）／（Ｖ２−Ｖ１），（Ｖ４−Ｖ３）／（Ｖ３−Ｖ２），…，（Ｖｎ＋２−Ｖｎ＋１）／（Ｖｎ＋１−Ｖｎ），…）が一定値Ａとなる。
なお、下記数式（５）においてτは所定係数である。
【００２８】
【数５】
【００２９】
従って、任意の時刻ｔｍにおける電圧値Ｖｍは、この時刻ｔｍよりも前の時刻に検出された少なくとも３点の電圧値によって記述され、例えば直前の３点の時刻ｔｍ−１，ｔｍ−２，ｔｍ−３での電圧値Ｖｍ−１，Ｖｍ−２，Ｖｍ−３によれば、例えば下記数式（６）に示すように記述される。（ただし、ｍは少なくとも４以上の任意の自然数である）
【００３０】
【数６】
【００３１】
つまり、正極側スイッチング素子３２ａがオン状態に設定された時点（例えば、ｔ＝０）から、少なくとも初めの３点の時刻ｔ１，ｔ２（＝ｔ１＋Δｔ），ｔ３（＝ｔ２＋Δｔ）での電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のみを検出することによって、任意の時刻ｔｍにおける電圧値Ｖｍを予測することができる。
これにより、地絡判定部２４は、後述するように、少なくとも初めの３点の時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３での電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の検出結果に基づき、順次、任意の時刻ｔｍにおける電圧値Ｖｍ（つまり、Ｖ４，…，Ｖｎ，Ｖｎ＋１，…）を算出し、算出した電圧値Ｖｍが収束値であるか否かを判定する。
そして、地絡判定部２４は、算出した電圧値Ｖｍが収束値である場合には、この電圧値Ｖｍが所定の地絡判定閾電圧Ｖｅａｒｔｈ未満であるか否かを判定し、電圧値Ｖｍが所定の地絡判定閾電圧Ｖｅａｒｔｈ未満であると判定した場合には、地絡が発生していると判断し、この判定結果を、例えば警報装置（図示略）等へ出力する。
同様にして、地絡判定部２４は、負極側電圧検出器３５ｂによって検出される出力電圧Ｖに対して、任意の時刻ｔｍにおける電圧値Ｖｍを算出し、この電圧値Ｖｍに基づき、地絡発生の有無を判定する。
【００３２】
本実施の形態による地絡検知装置１０は上記構成を備えており、次に、この地絡検知装置１０の動作、特に各スイッチング素子３２ａ，３２ｂがオン状態に設定された後において各電圧検出器３５ａ，３５ｂにより検出される出力電圧Ｖの各電圧値Ｖ２，Ｖ４の収束値（収束電圧）を予測し、この収束値に基づき、地絡発生の有無を判定する処理について添付図面を参照しながら説明する。
【００３３】
先ず、図７に示すステップＳ０１においては、任意の自然数ｎに１を設定する。
次に、ステップＳ０２においては、各スイッチング素子３２ａ，３２ｂがオン状態に設定された時点（例えば、ｔ＝０）から、所定周期Δｔで各電圧検出器３５ａ，３５ｂによって検出して得た電圧値のうち、初めの３点の電圧値、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を取得する。
次に、ステップＳ０３においては、例えば下記数式（７）に基づき、時刻ｔｎ＋３における電圧値Ｖｎ＋３を、この時刻ｔｎ＋３の直前における３点の電圧値Ｖｎ＋２，Ｖｎ＋１，Ｖｎ（例えば、ｎ＝１である初回の処理においては、取得した電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）により算出する。
【００３４】
【数７】
【００３５】
次に、ステップＳ０４においては、例えば下記数式（８）に基づき、時刻ｔｎ＋４における電圧値Ｖｎ＋４を、この時刻ｔｎ＋４の直前における３点の電圧値Ｖｎ＋３，Ｖｎ＋２，Ｖｎ＋１（例えば、ｎ＝１である初回の処理においては、取得した電圧値Ｖ２，Ｖ３およびステップＳ０３にて算出した電圧値Ｖ４）により算出する。
【００３６】
【数８】
【００３７】
次に、ステップＳ０５においては、ステップＳ０４にて算出した時刻ｔｎ＋４における電圧値Ｖｎ＋４と、ステップＳ０３にて算出した時刻ｔｎ＋３における電圧値Ｖｎ＋３との差の絶対値が、所定の収束判定閾電圧Ｖｔｈ未満か否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、算出した電圧値Ｖｎ＋４が収束していないと判断して、ステップＳ０６に進み、任意の自然数ｎに１を加算して得た値を新たに自然数ｎに設定して、上述したステップＳ０３に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、算出した電圧値Ｖｎ＋４が収束したと判断して、ステップＳ０７に進む。
【００３８】
ステップＳ０７においては、ステップＳ０４にて算出した時刻ｔｎ＋４における電圧値Ｖｎ＋４を収束電圧として設定する。
ステップＳ０８においては、ステップＳ０７にて設定した収束電圧に設定した電圧値Ｖｎ＋４が所定の所定の地絡判定閾電圧Ｖｅａｒｔｈ未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０９に進み、地絡が発生していると判断し、例えば、この判定結果を警報装置（図示略）等へ出力して、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１０に進み、地絡が発生していないと判断して、一連の処理を終了する。
【００３９】
上述したように、本実施の形態による地絡検知装置１０によれば、各検出抵抗３３ａ，３３ｂの両端に発生する出力電圧は、各検出抵抗３３ａ，３３ｂの抵抗値Ｒ２，Ｒ４と、各検出抵抗３３ａ，３３ｂに流れる電流の電流値とによって変化し、直流電源１１の出力電圧には依存しない。これにより、例えば車両に搭載された直流電源１１の出力電圧がバッテリやキャパシタ等のように車両の運転状態等に応じて相対的に大きく変動するような場合であっても、直流電源１１の出力電圧を検出したり、この検出値に応じて各検出抵抗３３ａ，３３ｂの両端に発生する出力電圧の測定値を補正するための特別な構成を備える必要無しに、精度良く地絡発生の有無を検知することができる。
しかも、直流電源１１を具備する回路系に、例えば浮遊容量成分等が存在したり、例えば直流電源１１の出力に対してリップル電流の発生を抑制するためのコンデンサが備えられたり、例えば直流電源からの電力供給によって車両の走行用モータを駆動制御するインバータに平滑コンデンサが備えられる場合等であっても、各検出抵抗３３ａ，３３ｂの両端に発生する出力電圧の収束値を予測することにより、この予測値に基づいて精度良く地絡発生の有無を検知することができる。さらに、スイッチング素子３２ａがオン状態に設定された時点（例えば、ｔ＝０）から、少なくとも初めの３点の時刻ｔ１，ｔ２（＝ｔ１＋Δｔ），ｔ３（＝ｔ２＋Δｔ）での電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のみを検出することによって、任意の時刻ｔｍにおける電圧値Ｖｍを予測することができ、地絡検知に要する時間を短縮することができる。
また、各定電流源３４ａ，３４ｂを備えることによって、各検出抵抗３３ａ，３３ｂや回路系に過剰に大きな電流が流れてしまうことを防止することができ、例えば過電流保護装置等の特別な構成を必要とせずに装置構成を簡略化することができる。
【００４０】
なお、上述した本実施の形態においては、正極側定電流源３４ａおよび負極側定電流源３４ｂの各スイッチング素子４２ａ，４２ｂをＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴとしたが、これに限定されず、例えば他のトランジスタ等でもよい。
また、例えば地絡検知処理の実行状態等に応じて、各スイッチング素子４２ａ，４２ｂをオン状態に設定するオン信号またはオフ状態に設定するオフ信号を制御部２３から出力することで、各抵抗４３ａ，４３ｂに流れる電流Ｉの電流値を、基準電圧Ｖｒｉに応じた適宜の電流値以下の値となるように規制してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明の地絡検知装置によれば、定電流源を備えることにより、直流電源の出力電圧の変動に関わらずに地絡発生の有無を検知することができることに加えて、地絡検出抵抗の両端に発生する端子電圧の収束値に基づいて地絡発生の有無を検知することにより、検知精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る地絡検知装置の構成図である。
【図２】 図１に示す正極側定電流源および負極側定電流源の構成図である。
【図３】 図１に示す正極側検知部の構成図である。
【図４】 図１に示す負極側検知部の構成図である。
【図５】 正極側電圧検出器によって検出される出力電圧の電圧値Ｖ２の地絡抵抗Ｒｇに応じた変化と所定の保護電圧Ｖｇａｔｅを示すグラフ図である。
【図６】 正極側電圧検出器によって検出される出力電圧の電圧値Ｖ２の時間変化を示すグラフ図である。
【図７】 図１に示す地絡検知装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 地絡検知装置
１１ 非接地直流電源
１１Ａ 正極側端子（正端子）
１１Ｂ 負極側端子（負端子）
１２ モータ
２３ 制御部
２４ 地絡判定部（検出手段）
３２ａ 正極側スイッチング素子（スイッチング素子）
３２ｂ 負極側スイッチング素子（スイッチング素子）
３３ａ 正極側検出抵抗（地絡検出抵抗）
３３ｂ 負極側検出抵抗（地絡検出抵抗）
３４ａ 正極側定電流源（定電流源）
３４ｂ 負極側定電流源（定電流源）
３５ａ 正極側電圧検出器（検出手段）
３５ｂ 負極側電圧検出器（検出手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両等に搭載された地絡検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば高圧直流電源を具備する直流回路の陽極側および陰極側に対して、地絡検出用の電流検出器あるいは電圧検出器を選択的に切替接続することによって、直流回路の適宜の位置における地絡発生の有無を検出する地絡検出方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、このような地絡検出方法において高圧直流電源の電源電圧を検出し、この電源電圧の検出値によって、電源電圧の変動に伴う地絡検出用の電流検出器あるいは電圧検出器の検出結果の変動を補正する検出方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−１２６１６号公報
【特許文献２】
特許第２８３８４６２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術に係る地絡検出方法においては、高圧直流電源の電源電圧を検出するための電圧検出部を備える必要があり、さらに、この電圧検出部による検出結果に基づき、地絡検出用の電流検出器あるいは電圧検出器の検出結果の変動を補正する構成が必要となり、装置構成が複雑化するという問題が生じる。
また、高圧直流電源を具備する直流回路に、例えば浮遊容量成分等が存在すると、地絡検出用の電流検出器あるいは電圧検出器の切替接続に伴う電流変化や電圧変化に時間依存性が生じることから、単に、切替接続の実行時に電流検出器あるいは電圧検出器で検出を行うだけでは、地絡発生の有無を精度良く検出することができない虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、装置構成が複雑化することを防止しつつ、地絡発生の有無を精度良く検出することが可能な地絡検知装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の地絡検知装置は、車両に搭載された直流電源と、該直流電源の正端子（例えば、実施の形態での正極側端子１１Ａ）または負端子（例えば、実施の形態での負極側端子１１Ｂ）の何れか一方と車両のアースとの間に直列に接続された地絡検出抵抗（例えば、実施の形態での正極側検出抵抗３３ａ、負極側検出抵抗３３ｂ）およびスイッチング素子（例えば、実施の形態での正極側スイッチング素子３２ａ、負極側スイッチング素子３２ｂ）および保護抵抗（例えば、実施の形態での正極側保護抵抗３１ａ、負極側保護抵抗３１ｂ）と、前記直流電源の正端子または負端子の何れか他方と車両のアースとの間に接続された定電流源（例えば、実施の形態での正極側定電流源３４ａ、負極側定電流源３４ｂ）と、前記地絡検出抵抗と前記保護抵抗との接続および遮断を行う前記スイッチング素子により前記地絡検出抵抗と前記保護抵抗とを接続した後に、前記地絡検出抵抗の両端に発生する端子電圧の収束値を予測する予測手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０１〜ステップＳ０７）と、前記端子電圧の収束値に基づいて車両のアースと前記直流電源の正端子または負端子との間に発生する地絡の有無を検出する検出手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０８〜ステップＳ１０）とを備えることを特徴としている。
【０００６】
上記構成の地絡検知装置によれば、直流電源を具備する直流回路に、例えば浮遊容量成分等が存在したり、例えば直流電源の出力に対してリップル電流の発生を抑制するためのコンデンサが備えられたり、例えば直流電源からの電力供給によって車両の走行用モータを駆動制御するインバータに平滑コンデンサが備えられる場合等であっても、地絡検出抵抗の両端に発生する端子電圧の収束値に基づいて精度良く地絡発生の有無を検知することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る地絡検知装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による地絡検知装置１０は、例えば燃料電池車両やハイブリッド車両等の車両に搭載され、例えば接地された車体から電気的に絶縁された非接地直流電源（以下、単に、直流電源と呼ぶ）１１の正極側あるいは負極側に発生する地絡、つまり絶縁破壊の有無を検知する。
ここで、直流電源１１は、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなる複数のキャパシタセルが直列に接続されてなるキャパシタや、例えば複数のセル（例えばリチウムイオン電池等の二次電池）が直列に接続されてなるバッテリであり、例えば図１に示すように、車両の駆動源としてのモータ１２の駆動および回生作動を制御するモータ駆動回路１３に接続されている。
【０００８】
また、モータ駆動回路１３は、例えばトランジスタ等のスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続したスイッチング回路から構成されたパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備え、例えば複数相のモータ１２の固定子巻線への通電を順次転流させるようになっている。
すなわち、モータ駆動回路１３は、例えばモータ１２の駆動時に、モータ制御装置（図示略）から出力されるトルク指令に基づき、直流電源１１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ１２へ供給する。一方、例えば車両の減速時等の回生作動時において駆動輪側からモータ１２側に駆動力が伝達されると、モータ駆動回路１３はモータ１２を発電機として作動させ、いわゆる回生制動力を発生させ、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。
【０００９】
本実施の形態による地絡検知装置１０は、例えば図１に示すように、直流電源１１に並列に接続された正極側検知部２１および負極側検知部２２と、制御部２３と、地絡判定部２４とを備えて構成されている。
正極側検知部２１は、例えば、直流電源１１の正極側端子１１Ａから負極側端子１１Ｂに向かい順次、直列に接続された正極側保護抵抗３１ａ（抵抗値Ｒ１）と、正極側スイッチング素子３２ａと、正極側検出抵抗３３ａ（抵抗値Ｒ２）と、正極側定電流源３４ａと、さらに、正極側検出抵抗３３ａに並列に接続された正極側電圧検出器３５ａとを備えて構成されている。
負極側検知部２２は、例えば、直流電源１１の負極側端子１１Ｂから正極側端子１１Ａに向かい順次、直列に接続された負極側保護抵抗３１ｂ（抵抗値Ｒ３）と、負極側スイッチング素子３２ｂと、負極側検出抵抗３３ｂ（抵抗値Ｒ４）と、負極側定電流源３４ｂと、さらに、負極側検出抵抗３３ｂに並列に接続された負極側電圧検出器３５ｂとを備えて構成されている。
【００１０】
ここで、正極側スイッチング素子３２ａは、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）等のＦＥＴとされ、ドレインは正極側保護抵抗３１ａに接続され、ソースは正極側検出抵抗３３ａに接続され、ゲートは制御部２３に接続されている。
また、負極側スイッチング素子３２ｂは、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴとされ、ドレインは負極側保護抵抗３１ｂに接続され、ソースは負極側検出抵抗３３ｂに接続され、ゲートは制御部２３に接続されている。
さらに、正極側検出抵抗３３ａと正極側定電流源３４ａとの接続部および負極側検出抵抗３３ｂと負極側定電流源３４ｂとの接続部は、例えば車体等に接続されることで接地されている。
【００１１】
また、例えば図１に示すように、直流電源１１およびモータ駆動回路１３に並列に接続された正極側コンデンサ３６ａ（容量Ｃ１）および負極側コンデンサ３６ｂ（容量Ｃ２）は、例えば直流電源１１からのリップル電流を抑制するコンデンサや、例えばモータ駆動回路１３に具備される平滑コンデンサや、例えば回路における浮遊容量成分等を示すものであって、正極側コンデンサ３６ａ（容量Ｃ１）と負極側コンデンサ３６ｂ（容量Ｃ２）との接続部は接地されている。
【００１２】
正極側定電流源３４ａは、例えば図２に示すように、オペアンプ４１ａと、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴからなるスイッチング素子４２ａと、抵抗４３ａ（抵抗値Ｒａ）と、電流制限抵抗４４ａとを備えて構成されている。
抵抗４３ａの一方の端子は正極側検出抵抗３３ａに接続されることで接地されており、他方の端子はオペアンプ４１ａの非反転入力端子およびスイッチング素子４２ａのソースに接続されている。また、スイッチング素子４２ａのドレインは直流電源１１の負極側端子１１Ｂに接続され、スイッチング素子４２ａのゲートは電流制限抵抗４４ａを介してオペアンプ４１ａの出力端子に接続されている。
【００１３】
ここで、オペアンプ４１ａの反転入力端子には適宜の基準電圧Ｖｒｉが入力されており、オペアンプ４１ａの非反転入力端子には抵抗４３ａに流れる電流Ｉに応じた電圧（Ｉ×Ｒａ）が入力されており、この電圧（Ｉ×Ｒａ）と基準電圧Ｖｒｉとに差ΔＶ＝（Ｉ×Ｒａ−Ｖｒｉ）があると、この差ΔＶを適宜の利得Ａｍで増幅して得た電圧Ａｍ×ΔＶがオペアンプ４１ａからスイッチング素子４２ａのベースへ入力される。ここで、スイッチング素子４２ａのソースの電位、つまりオペアンプ４１ａの非反転入力端子に入力される電圧は、ベースに入力される電圧Ａｍ×ΔＶにスイッチング素子４２ａでのゲート・ソース端子間のＰＮ接合の順方向電圧Ｖｆを加算して得た値（Ａｍ×ΔＶ＋Ｖｆ）となるが、この値は、例えば利得Ａｍが十分に大きな値に設定されていると、基準電圧Ｖｒｉにほぼ等しくなり、抵抗４３ｂに流れる電流Ｉは一定の電流値（例えば、Ｖｒｉ／Ｒａ）となる。
これにより、抵抗４３ａに流れる電流Ｉの電流値は、基準電圧Ｖｒｉに応じた適宜の電流値以下の値となるように規制される。
なお、オペアンプ４１ａの反転入力端子へ入力される基準電圧Ｖｒｉおよび非反転入力端子へ入力される電圧（Ｉ×Ｒａ）は負の電圧とされている。
【００１４】
同様にして、負極側定電流源３４ｂは、例えば図２に示すように、オペアンプ４１ｂと、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴからなるスイッチング素子４２ｂと、抵抗４３ｂ（抵抗値Ｒｂ）と、電流制限抵抗４４ｂとを備えて構成されている。
抵抗４３ｂの一方の端子は負極側検出抵抗３３ｂに接続されることで接地されており、他方の端子はオペアンプ４１ｂの反転入力端子およびスイッチング素子４２ｂのソースに接続されている。また、スイッチング素子４２ｂのドレインは直流電源１１の正極側端子１１Ａに接続され、スイッチング素子４２ｂのゲートは電流制限抵抗４４ｂを介してオペアンプ４１ｂの出力端子に接続されている。
【００１５】
ここで、オペアンプ４１ｂの非反転入力端子には適宜の基準電圧Ｖｒｉが入力されており、オペアンプ４１ｂの反転入力端子には抵抗４３ｂに流れる電流Ｉに応じた電圧（Ｉ×Ｒｂ）が入力されており、この電圧（Ｉ×Ｒｂ）と基準電圧Ｖｒｉとに差ΔＶ＝（Ｖｒｉ−Ｉ×Ｒｂ）があると、この差ΔＶを適宜の利得Ａｍで増幅して得た電圧Ａｍ×ΔＶがオペアンプ４１ｂからスイッチング素子４２ｂのベースへ入力される。ここで、スイッチング素子４２ｂのソースの電位、つまりオペアンプ４１ｂの反転入力端子に入力される電圧は、ベースに入力される電圧Ａｍ×ΔＶからスイッチング素子４２ｂでのゲート・ソース端子間のＰＮ接合の順方向電圧Ｖｆを減算して得た値（Ａｍ×ΔＶ−Ｖｆ）となるが、この値は、例えば利得Ａｍが十分に大きな値に設定されていると、基準電圧Ｖｒｉにほぼ等しくなり、抵抗４３ｂに流れる電流Ｉは一定の電流値（例えば、Ｖｒｉ／Ｒｂ）となる。
これにより、抵抗４３ｂに流れる電流Ｉの電流値は、基準電圧Ｖｒｉに応じた適宜の電流値以下の値となるように規制される。
なお、オペアンプ４１ｂの非反転入力端子へ入力される基準電圧Ｖｒｉおよび反転入力端子へ入力される電圧（Ｉ×Ｒｂ）は正の電圧とされている。
【００１６】
制御部２３は、正極側検知部２１の正極側スイッチング素子３２ａおよび負極側検知部２２の負極側スイッチング素子３２ｂのオン／オフ切替制御と、正極側定電流源３４ａおよび負極側定電流源３４ｂの各スイッチング素子４２ａ，４２ｂのオン／オフ切替制御を実行する。
例えば、制御部２３は、地絡検知処理の実行時に、正極側検知部２１の正極側スイッチング素子３２ａおよび負極側検知部２２の負極側スイッチング素子３２ｂをオン状態に設定するオン信号を各スイッチング素子３２ａ，３２ｂのベースへ入力する。一方、地絡検知処理の非実行時には、各スイッチング素子３２ａ，３２ｂをオフ状態に設定するオフ信号を各ベースへ入力する。
【００１７】
地絡検知処理の実行時に、制御部２３によって正極側検知部２１の正極側スイッチング素子３２ａがオン状態に設定されると、正極側定電流源３４ａから供給される所定の電流Ｉが正極側保護抵抗３１ａおよび正極側検出抵抗３３ａに流れ、負極側検知部２２の負極側スイッチング素子３２ｂがオン状態に設定されると、負極側定電流源３４ｂから供給される所定の電流Ｉが負極側保護抵抗３１ｂおよび負極側検出抵抗３３ｂに流れる。
ここで、例えば直流電源１１の正極側の適宜の位置で地絡が発生した場合、この地絡に係る適宜の大きさの地絡抵抗Ｒｇに正極側定電流源３４ａから供給される所定の電流Ｉが分流する。
【００１８】
すなわち、例えば図３に示すように、地絡が発生していない場合、正極側定電流源３４ａから供給される所定の電流Ｉは、順次、直流電源１１、正極側保護抵抗３１ａ、正極側スイッチング素子３２ａ、正極側検出抵抗３３ａを流れる。
そして、地絡が発生した場合、正極側定電流源３４ａから供給される所定の電流Ｉは、例えば第１電流成分ＩＡおよび第２電流成分ＩＢ（Ｉ＝ＩＡ＋ＩＢ）に分流し、第１電流成分ＩＡは、順次、直流電源１１、正極側保護抵抗３１ａ、正極側スイッチング素子３２ａ、正極側検出抵抗３３ａを流れ、第２電流成分ＩＢは、順次、直流電源１１、地絡抵抗Ｒｇを流れる。
このため、正極側検出抵抗３３ａに並列に接続された正極側電圧検出器３５ａによって検出される出力電圧の電圧値Ｖ２は、地絡が発生していない場合にＶ２＝Ｉ×Ｒ２となり、地絡が発生した場合にＶ２＝ＩＡ×Ｒ２となり、検出される電圧値Ｖ２の大きさが変化する。
なお、地絡が発生した場合に検出される出力電圧の電圧値Ｖ２＝ＩＡ×Ｒ２は、例えば下記数式（１）に示すように、直流電源１１の出力電圧には依存しない値となる。ただし、下記数式（１）においては、正極側コンデンサ３６ａおよび負極側コンデンサ３６ｂの各容量Ｃ１，Ｃ２を無視した。
【００１９】
【数１】
同様にして、例えば直流電源１１の負極側の適宜の位置で地絡が発生した場合、この地絡に係る適宜の大きさの地絡抵抗Ｒｇに負極側定電流源３４ｂから供給される所定の電流Ｉが分流する。
すなわち、例えば図４に示すように、地絡が発生していない場合、負極側定電流源３４ｂから供給される所定の電流Ｉは、順次、負極側検出抵抗３３ｂ、負極側スイッチング素子３２ｂ、負極側保護抵抗３１ｂ、直流電源１１を流れる。
そして、地絡が発生した場合、負極側定電流源３４ｂから供給される所定の電流Ｉは、例えば第１電流成分ＩＡおよび第２電流成分ＩＢ（Ｉ＝ＩＡ＋ＩＢ）に分流し、第１電流成分ＩＡは、順次、負極側検出抵抗３３ｂ、負極側スイッチング素子３２ｂ、負極側保護抵抗３１ｂ、直流電源１１を流れ、第２電流成分ＩＢは、順次、地絡抵抗Ｒｇ、直流電源１１を流れる。
このため、負極側検出抵抗３３ｂに並列に接続された負極側電圧検出器３５ｂによって検出される出力電圧の電圧値Ｖ４は、地絡が発生していない場合にＶ４＝Ｉ×Ｒ４となり、地絡が発生した場合にＶ４＝ＩＡ×Ｒ４となり、検出される出力電圧の電圧値Ｖ４の大きさが変化する。
なお、地絡が発生した場合に検出される電圧値Ｖ４＝ＩＡ×Ｒ４は、例えば下記数式（２）に示すように、直流電源１１の出力電圧には依存しない値となる。ただし、下記数式（２）においては、正極側コンデンサ３６ａおよび負極側コンデンサ３６ｂの各容量Ｃ１，Ｃ２を無視した。
【００２１】
【数２】
また、地絡検知処理の実行時に、制御部２３によって正極側検知部２１の正極側スイッチング素子３２ａまたは負極側検知部２２の負極側スイッチング素子３２ｂがオン状態に設定されると、直流電源１１は、正極側保護抵抗３１ａおよび正極側検出抵抗３３ａを介して、あるいは、負極側保護抵抗３１ｂおよび負極側検出抵抗３３ｂを介して、例えば車体等に接続されることで接地される。
このため、制御部２３は、正極側保護抵抗３１ａおよび正極側検出抵抗３３ａに流れる電流が所定の電流値を超えて過剰に大きくなった場合には、正極側スイッチング素子３２ａをオフ状態に設定するオフ信号を出力し、負極側保護抵抗３１ｂおよび負極側検出抵抗３３ｂに流れる電流が所定の電流値を超えて過剰に大きくなった場合には、負極側スイッチング素子３２ｂをオフ状態に設定するオフ信号を出力する。
すなわち、例えば図５に示すように、正極側電圧検出器３５ａによって検出される正極側検出抵抗３３ａの両端に発生する出力電圧の電圧値Ｖ２に対して所定の保護電圧Ｖｇａｔｅが設定されており、例えば地絡が発生していない場合等のように、地絡抵抗Ｒｇが相対的に大きいときに、出力電圧の電圧値Ｖ２が保護電圧Ｖｇａｔｅを超えることがないように設定されている。同様にして、負極側電圧検出器３５ｂによって検出される負極側検出抵抗３３ｂの両端に発生する出力電圧の電圧値Ｖ４は所定の保護電圧Ｖｇａｔｅを超えることがないように設定されている。
【００２３】
地絡判定部２４は、正極側電圧検出器３５ａによって検出される出力電圧の電圧値Ｖ２または負極側電圧検出器３５ｂによって検出される出力電圧の電圧値Ｖ４に基づき、直流電源１１の正極側または負極側において地絡が発生したか否かを判定する。
ここで、正極側電圧検出器３５ａおよび負極側電圧検出器３５ｂによって検出される出力電圧の各電圧値Ｖ２，Ｖ４は、例えば下記数式（３），（４）に示すように、正極側コンデンサ３６ａおよび負極側コンデンサ３６ｂの各容量Ｃ１，Ｃ２に応じて、指数関数的な時間変化を示す。
このため、地絡判定部２４は、出力電圧の各電圧値Ｖ２，Ｖ４の時間変化に対する収束値を予測し、予測した収束値に基づいて地絡発生の有無を判定する。
【００２４】
【数３】
【数４】
例えば図６に示すように、正極側電圧検出器３５ａによって検出される出力電圧Ｖの電圧値Ｖ２は、制御部２３によって正極側検知部２１の正極側スイッチング素子３２ａがオン状態に設定された時点（例えば、ｔ＝０）から、上記数式（３）に応じて増大傾向に変化し、上記数式（１）に示す電圧値Ｖ２を収束値として収束する。
なお、正極側コンデンサ３６ａおよび負極側コンデンサ３６ｂの各容量Ｃ１，Ｃ２に対しては、各容量が大きくなるほど収束に要する時間が長くなり、例えば図６に示す容量Ｃｂでは、より小さな容量Ｃａ（Ｃａ＜Ｃｂ）に比べて、出力電圧Ｖの電圧値Ｖ２の単位時間あたりの増大率が小さくなる。
【００２７】
ここで、指数関数的な時間変化を示す出力電圧Ｖを、正極側スイッチング素子３２ａがオン状態に設定された時点（例えば、ｔ＝０）から所定周期Δｔで検出して得た電圧値の時系列データを、順次、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，…，Ｖｎ，Ｖｎ＋１，…とすれば、例えば下記数式（５）に示すように、所定周期Δｔにおける電圧値の増大量（例えば、（Ｖ２−Ｖ１），（Ｖ３−Ｖ２），…，（Ｖｎ＋１−Ｖｎ），…）の変化率（例えば、（Ｖ３−Ｖ２）／（Ｖ２−Ｖ１），（Ｖ４−Ｖ３）／（Ｖ３−Ｖ２），…，（Ｖｎ＋２−Ｖｎ＋１）／（Ｖｎ＋１−Ｖｎ），…）が一定値Ａとなる。
なお、下記数式（５）においてτは所定係数である。
【００２８】
【数５】
従って、任意の時刻ｔｍにおける電圧値Ｖｍは、この時刻ｔｍよりも前の時刻に検出された少なくとも３点の電圧値によって記述され、例えば直前の３点の時刻ｔｍ−１，ｔｍ−２，ｔｍ−３での電圧値Ｖｍ−１，Ｖｍ−２，Ｖｍ−３によれば、例えば下記数式（６）に示すように記述される。（ただし、ｍは少なくとも４以上の任意の自然数である）
【００３０】
【数６】
つまり、正極側スイッチング素子３２ａがオン状態に設定された時点（例えば、ｔ＝０）から、少なくとも初めの３点の時刻ｔ１，ｔ２（＝ｔ１＋Δｔ），ｔ３（＝ｔ２＋Δｔ）での電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のみを検出することによって、任意の時刻ｔｍにおける電圧値Ｖｍを予測することができる。
これにより、地絡判定部２４は、後述するように、少なくとも初めの３点の時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３での電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の検出結果に基づき、順次、任意の時刻ｔｍにおける電圧値Ｖｍ（つまり、Ｖ４，…，Ｖｎ，Ｖｎ＋１，…）を算出し、算出した電圧値Ｖｍが収束値であるか否かを判定する。
そして、地絡判定部２４は、算出した電圧値Ｖｍが収束値である場合には、この電圧値Ｖｍが所定の地絡判定閾電圧Ｖｅａｒｔｈ未満であるか否かを判定し、電圧値Ｖｍが所定の地絡判定閾電圧Ｖｅａｒｔｈ未満であると判定した場合には、地絡が発生していると判断し、この判定結果を、例えば警報装置（図示略）等へ出力する。
同様にして、地絡判定部２４は、負極側電圧検出器３５ｂによって検出される出力電圧Ｖに対して、任意の時刻ｔｍにおける電圧値Ｖｍを算出し、この電圧値Ｖｍに基づき、地絡発生の有無を判定する。
【００３２】
本実施の形態による地絡検知装置１０は上記構成を備えており、次に、この地絡検知装置１０の動作、特に各スイッチング素子３２ａ，３２ｂがオン状態に設定された後において各電圧検出器３５ａ，３５ｂにより検出される出力電圧Ｖの各電圧値Ｖ２，Ｖ４の収束値（収束電圧）を予測し、この収束値に基づき、地絡発生の有無を判定する処理について添付図面を参照しながら説明する。
【００３３】
先ず、図７に示すステップＳ０１においては、任意の自然数ｎに１を設定する。
次に、ステップＳ０２においては、各スイッチング素子３２ａ，３２ｂがオン状態に設定された時点（例えば、ｔ＝０）から、所定周期Δｔで各電圧検出器３５ａ，３５ｂによって検出して得た電圧値のうち、初めの３点の電圧値、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を取得する。
次に、ステップＳ０３においては、例えば下記数式（７）に基づき、時刻ｔｎ＋３における電圧値Ｖｎ＋３を、この時刻ｔｎ＋３の直前における３点の電圧値Ｖｎ＋２，Ｖｎ＋１，Ｖｎ（例えば、ｎ＝１である初回の処理においては、取得した電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）により算出する。
【００３４】
【数７】
次に、ステップＳ０４においては、例えば下記数式（８）に基づき、時刻ｔｎ＋４における電圧値Ｖｎ＋４を、この時刻ｔｎ＋４の直前における３点の電圧値Ｖｎ＋３，Ｖｎ＋２，Ｖｎ＋１（例えば、ｎ＝１である初回の処理においては、取得した電圧値Ｖ２，Ｖ３およびステップＳ０３にて算出した電圧値Ｖ４）により算出する。
【００３６】
【数８】
次に、ステップＳ０５においては、ステップＳ０４にて算出した時刻ｔｎ＋４における電圧値Ｖｎ＋４と、ステップＳ０３にて算出した時刻ｔｎ＋３における電圧値Ｖｎ＋３との差の絶対値が、所定の収束判定閾電圧Ｖｔｈ未満か否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、算出した電圧値Ｖｎ＋４が収束していないと判断して、ステップＳ０６に進み、任意の自然数ｎに１を加算して得た値を新たに自然数ｎに設定して、上述したステップＳ０３に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、算出した電圧値Ｖｎ＋４が収束したと判断して、ステップＳ０７に進む。
【００３８】
ステップＳ０７においては、ステップＳ０４にて算出した時刻ｔｎ＋４における電圧値Ｖｎ＋４を収束電圧として設定する。
ステップＳ０８においては、ステップＳ０７にて設定した収束電圧に設定した電圧値Ｖｎ＋４が所定の所定の地絡判定閾電圧Ｖｅａｒｔｈ未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０９に進み、地絡が発生していると判断し、例えば、この判定結果を警報装置（図示略）等へ出力して、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１０に進み、地絡が発生していないと判断して、一連の処理を終了する。
【００３９】
上述したように、本実施の形態による地絡検知装置１０によれば、各検出抵抗３３ａ，３３ｂの両端に発生する出力電圧は、各検出抵抗３３ａ，３３ｂの抵抗値Ｒ２，Ｒ４と、各検出抵抗３３ａ，３３ｂに流れる電流の電流値とによって変化し、直流電源１１の出力電圧には依存しない。これにより、例えば車両に搭載された直流電源１１の出力電圧がバッテリやキャパシタ等のように車両の運転状態等に応じて相対的に大きく変動するような場合であっても、直流電源１１の出力電圧を検出したり、この検出値に応じて各検出抵抗３３ａ，３３ｂの両端に発生する出力電圧の測定値を補正するための特別な構成を備える必要無しに、精度良く地絡発生の有無を検知することができる。
しかも、直流電源１１を具備する回路系に、例えば浮遊容量成分等が存在したり、例えば直流電源１１の出力に対してリップル電流の発生を抑制するためのコンデンサが備えられたり、例えば直流電源からの電力供給によって車両の走行用モータを駆動制御するインバータに平滑コンデンサが備えられる場合等であっても、各検出抵抗３３ａ，３３ｂの両端に発生する出力電圧の収束値を予測することにより、この予測値に基づいて精度良く地絡発生の有無を検知することができる。さらに、スイッチング素子３２ａがオン状態に設定された時点（例えば、ｔ＝０）から、少なくとも初めの３点の時刻ｔ１，ｔ２（＝ｔ１＋Δｔ），ｔ３（＝ｔ２＋Δｔ）での電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のみを検出することによって、任意の時刻ｔｍにおける電圧値Ｖｍを予測することができ、地絡検知に要する時間を短縮することができる。
また、各定電流源３４ａ，３４ｂを備えることによって、各検出抵抗３３ａ，３３ｂや回路系に過剰に大きな電流が流れてしまうことを防止することができ、例えば過電流保護装置等の特別な構成を必要とせずに装置構成を簡略化することができる。
【００４０】
なお、上述した本実施の形態においては、正極側定電流源３４ａおよび負極側定電流源３４ｂの各スイッチング素子４２ａ，４２ｂをＭＯＳＦＥＴ等のＦＥＴとしたが、これに限定されず、例えば他のトランジスタ等でもよい。
また、例えば地絡検知処理の実行状態等に応じて、各スイッチング素子４２ａ，４２ｂをオン状態に設定するオン信号またはオフ状態に設定するオフ信号を制御部２３から出力することで、各抵抗４３ａ，４３ｂに流れる電流Ｉの電流値を、基準電圧Ｖｒｉに応じた適宜の電流値以下の値となるように規制してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明の地絡検知装置によれば、定電流源を備えることにより、直流電源の出力電圧の変動に関わらずに地絡発生の有無を検知することができることに加えて、地絡検出抵抗の両端に発生する端子電圧の収束値に基づいて地絡発生の有無を検知することにより、検知精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る地絡検知装置の構成図である。
【図２】 図１に示す正極側定電流源および負極側定電流源の構成図である。
【図３】 図１に示す正極側検知部の構成図である。
【図４】 図１に示す負極側検知部の構成図である。
【図５】 正極側電圧検出器によって検出される出力電圧の電圧値Ｖ２の地絡抵抗Ｒｇに応じた変化と所定の保護電圧Ｖｇａｔｅを示すグラフ図である。
【図６】 正極側電圧検出器によって検出される出力電圧の電圧値Ｖ２の時間変化を示すグラフ図である。
【図７】 図１に示す地絡検知装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 地絡検知装置
１１ 非接地直流電源
１１Ａ 正極側端子（正端子）
１１Ｂ 負極側端子（負端子）
１２ モータ
２３ 制御部
２４ 地絡判定部（検出手段）
３２ａ 正極側スイッチング素子（スイッチング素子）
３２ｂ 負極側スイッチング素子（スイッチング素子）
３３ａ 正極側検出抵抗（地絡検出抵抗）
３３ｂ 負極側検出抵抗（地絡検出抵抗）
３４ａ 正極側定電流源（定電流源）
３４ｂ 負極側定電流源（定電流源）
３５ａ 正極側電圧検出器（検出手段）
３５ｂ 負極側電圧検出器（検出手段）
Claims (1)
- 車両に搭載された直流電源と、
該直流電源の正端子または負端子の何れか一方と車両のアースとの間に直列に接続された地絡検出抵抗およびスイッチング素子および保護抵抗と、
前記直流電源の正端子または負端子の何れか他方と車両のアースとの間に接続された定電流源と、
前記地絡検出抵抗と前記保護抵抗との接続および遮断を行う前記スイッチング素子により前記地絡検出抵抗と前記保護抵抗とを接続した後に、前記地絡検出抵抗の両端に発生する端子電圧の収束値を予測する予測手段と、
前記端子電圧の収束値に基づいて車両のアースと前記直流電源の正端子または負端子との間に発生する地絡の有無を検出する検出手段と
を備えることを特徴とする地絡検知装置。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108603903A (zh) * | 2016-11-16 | 2018-09-28 | 株式会社Lg化学 | 计算电池的绝缘电阻的装置和方法 |
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