JP4265381B2

JP4265381B2 - リレーの故障判定装置およびリレーの故障判定方法

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Publication number: JP4265381B2
Application number: JP2003383927A
Authority: JP
Inventors: 宇貴上島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2023-11-13
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Description

本発明は、リレーの故障を判定する装置および方法に関する。

二次電池とインバータとの間に設けられたリレーの溶着の判定を行うために、二次電池の充放電が行われていないときに、リレーをオフしてリレー端子間の電圧を検出し、検出した端子間電圧が所定の電圧以下である場合には、リレーが溶着していると判定する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−１７５７５０号公報

しかしながら、従来の装置では、リレーをオフさせることによってリレーの溶着判定を行っているので、リレーの溶着を検出することはできるが、リレーがオフのまま固着してしまう故障は検出することができないという問題があった。

本発明によるリレーの故障判定装置および故障判定方法は、二次電池のプラス端子またはマイナス端子と、絶縁材から構成され、前記二次電池を外部から絶縁するための被絶縁部と、の間の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出回路を用いてリレーの故障を判定するものであって、リレーのオン／オフを制御した際に、絶縁抵抗検出回路の信号入力回路で受信される絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、リレーの固着によるオン／オフ制御不能故障を判定することを特徴とする。

本発明によるリレーの故障判定装置および故障判定方法によれば、リレーがオンしたままオフしない故障のみならず、オフしたままオンしない故障も検出することができる。

図１は、本発明によるリレーの故障判定装置を電気自動車のシステムに適用した一実施の形態の構成を示す図である。この電気自動車は、３相交流モータ３を走行駆動源とする。バッテリ１に蓄えられている直流電力は、インバータ２により３相交流電力に変換されて、３相交流モータ３に供給される。

強電リレーＲ１は、バッテリ１のプラス端子とインバータ２との間の強電ライン７上に設けられ、制御装置５により、オン／オフの制御が行われる。強電リレーＲ４は、バッテリ１のマイナス端子とインバータ２との間の強電ライン８上に設けられ、制御装置５により、オン／オフの制御が行われる。

インバータリレーＲ３は、強電リレーＲ１とインバータ２との間の強電ライン７上に設けられ、制御装置４により、オン／オフの制御が行われる。インバータリレーＲ５は、強電リレーＲ４とインバータ２との間の強電ライン８上に設けられ、制御装置４により、オン／オフの制御が行われる。

インバータリレーＲ３には、充電リレーＲ２と抵抗１３との直列回路が並列に接続されている。充電リレーＲ２は、図示しないメインスイッチがオンとされると、強電リレーＲ１，Ｒ４、インバータリレーＲ５とともにオンとなる。これにより、通電初期におけるバッテリ１からの電力供給が抵抗１３を介して緩やかに行なわれ、インバータ２と並列に接続されているコンデンサ１０に過大電流が流れ込むのを防ぐ。コンデンサ１０の充電が完了すると、充電リレーＲ２をオフとし、インバータリレーＲ３をオンにする。

制御装置５は、コンデンサ１１，１２、スイッチＳＷ１，ＳＷ２、ＣＰＵ５ａ、メモリ５ｂ、および、絶縁抵抗低下検知回路６を備える。端子Ｔ１およびＴ２は、絶縁抵抗低下検知回路６の入力端子であって、端子Ｔ１は、バッテリ１のプラス端子側に、端子Ｔ２は、バッテリ１のマイナス端子側に設けられている。絶縁抵抗低下検知回路６の詳細な構成および機能については、後述する。

警告灯９は、制御装置５によって、強電リレーＲ１，Ｒ４、充電リレーＲ２、インバータリレーＲ３，Ｒ５の故障が検出された時、または、後述する絶縁抵抗低下異常が検出された時に、制御装置４からの指令に基づいて点灯し、車両の乗員に異常の発生を報知する。

図２は、強電ライン７，８の電気特性について説明するための図である。図２に示すように、強電ライン７，８は直径ａの円筒導体であるとし、地面から距離ｂの位置に設けられているものとする。強電ライン７，８の長さをＬ（ｍ）、誘電率をε₀（Ｆｍ^-1）とすると、強電ライン７，８の対地静電容量Ｃ_G（Ｆ）は、次式（１）にて表される。
Ｃ_G＝２πε₀Ｌ …（１）
すなわち、強電ライン７，８の対地静電容量Ｃ_Gは、強電ラインの長さに比例する。

図３は、強電ライン７，８の長さを説明するための図である。バッテリ１と強電リレーＲ１との間の長さをＬ１、接続点Ｔ３と充電リレーＲ２との間の長さをＬ２、充電リレーＲ２と接続点Ｔ４との間の長さをＬ３とする。また、強電リレーＲ１と接続点Ｔ３との間の長さをＬ４、接続点Ｔ３とインバータリレーＲ３との間の長さをＬ５、インバータリレーＲ３と接続点Ｔ４との間の長さをＬ６とする。

接続点Ｔ４とインバータ２との間の長さをＬ７、接続点Ｔ４とコンデンサ１０との間の長さをＬ８、コンデンサ１０と接続点Ｔ５との間の長さをＬ９とする。バッテリ１と強電リレーＲ４との間の長さをＬ１０、強電リレーＲ４とインバータリレーＲ５との間の長さをＬ１１、インバータリレーＲ５と接続点Ｔ５との間の長さをＬ１２、接続点Ｔ５とインバータ２との間の長さをＬ１３とする。

各リレーＲ１〜Ｒ５が遮断（オフ）している状態では、各リレー端子の両側に位置する強電ラインは、電気的に完全に分離されているが、リレーが接続（オン）した状態では、電気特性上、接合された１本のラインとみなすことができる。従って、各リレーＲ１〜Ｒ５のオン／オフの状態に応じて、強電ラインの長さが変化する。

図４は、各リレーＲ１〜Ｒ３の状態に対応した強電ライン７の長さ、および、その状態における強電ライン７の対地静電容量の関係を示す図である。ただし、ここでの強電ライン７の長さとは、端子Ｔ１と接続されるラインの長さである。また、図５は、各リレーＲ４，Ｒ５の状態に対応した強電ライン８の長さ、および、その状態における強電ライン８の対地静電容量の関係を示す図である。この場合の強電ライン８の長さとは、端子Ｔ２と接続されるラインの長さである。

図４に示すように、リレーＲ１およびＲ２がオンの場合、または、リレーＲ１およびＲ３がオンの場合には、強電ライン７の長さは、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６＋Ｌ７＋Ｌ８となる。この時の対地静電容量をＣ１とする。リレーＲ１がオンであり、かつ、リレーＲ２およびＲ３がオフの場合の強電ライン７の長さは、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ４＋Ｌ５となる。この時の対地静電容量をＣ２とする。また、リレーＲ１がオフの場合の強電ライン７の長さはＬ１となり、この時の対地静電容量をＣ３とする。

図５に示すように、リレーＲ４およびＲ５がオンの場合には、強電ライン８の長さは、Ｌ９＋Ｌ１０＋Ｌ１１＋Ｌ１２＋Ｌ１３となる。この時の対地静電容量をＣ４とする。リレーＲ４がオン、かつ、リレーＲ５がオフの場合の強電ライン８の長さはＬ１０＋Ｌ１１となる。この時の対地静電容量をＣ５とする。また、リレーＲ４およびＲ５がオフの場合の強電ライン８の長さはＬ１０となり、この時の対地静電容量をＣ６とする。

図６は、絶縁抵抗低下検知回路６の詳細な構成を示す図である。なお、絶縁抵抗低下検知回路６は、後述する絶縁抵抗が低下していないかを判定する回路であり、従来から存在する回路を用いることができる。絶縁抵抗低下検知回路６は、検知用信号発生回路６１と、オペアンプ６２，６５と、抵抗６３，６４と、検知用信号入力回路６６と、コンデンサ６７とを備える。検知用信号発生回路６１は、後述するように、周波数ｆ１またはｆ２の矩形波の検知用信号を出力する。検知用信号入力回路６６は、オペアンプ６２，６５、抵抗６３，６４を介して入力される検知用信号の電圧レベルVDSENを検出する。

図６において、端子Ｔ１と接続されている抵抗２０は、絶縁抵抗である。この絶縁抵抗２０は、抵抗器として実際に設けられている抵抗ではない。電気自動車に搭載されるバッテリ１と、制御装置（コントローラ）４，５や車体等との間は、絶縁されている必要がある。一般的に、例えば、車体との関係においては、電池ケース（不図示）が絶縁材となって絶縁が行われており、このような絶縁状態における抵抗を絶縁抵抗２０として図示している。

図６において、スイッチＳＷ１がオン、かつ、スイッチＳＷ２がオフした状態で、絶縁抵抗２０が低下すると、絶縁抵抗２０およびコンデンサ１１を含む微分回路の時定数ＣＲが変化するため、検知用信号入力回路６６で検出される検知用信号の電圧レベルVDSENも低下する。すなわち、検知用信号入力回路６６で検出される検知用信号の電圧レベルVDSENに基づいて、絶縁抵抗２０の抵抗値を検出することができる。

図７は、絶縁抵抗２０の抵抗値と、検知用信号入力回路６６で検出される検知用信号の電圧レベルVDSENとの関係を示す図である。図７には、強電ラインの対地静電容量が最小の場合および最大の場合の２種類の関係が示されている。

図８は、強電ライン７の対地静電容量と、検知用信号入力回路６６で検出される検知用信号の電圧レベルVDSENとの関係を示す図である。また、図９は、強電ライン８の対地静電容量と、検知用信号入力回路６６で検出される検知用信号の電圧レベルVDSENとの関係を示す図である。図８および図９に示すように、検知用信号の電圧レベルVDSENは、強電ライン７，８の静電容量が増加すると、小さくなる。

図８に示すように、強電ライン７の対地静電容量がＣ１，Ｃ２，Ｃ３の場合の検知用信号の電圧レベルVDSENをそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３とする。また、図９に示すように、強電ライン８の対地静電容量がＣ４，Ｃ５，Ｃ６の場合の検知用信号の電圧レベルVDSENをそれぞれＶ４，Ｖ５，Ｖ６とする。

一実施の形態におけるリレーの故障判定装置では、後述するように、検知用信号入力回路６６に入力される検知用信号の電圧レベルVDSENを検出することにより、各リレーＲ１〜Ｒ５の故障の有無を判定する。この時に、絶縁抵抗２０の抵抗値が所定のリレー診断可能抵抗値Ｒr以上の場合（図７参照）、すなわち、検知用信号の電圧レベルVDSENがＶr以上の場合にのみ、リレーの故障診断を行うものとする。これにより、強電ラインの静電容量の増加に起因して、検知用信号の電圧レベルVDSENが低下したものを、絶縁抵抗２０の抵抗値の低下に起因するものと誤認識することを防止することができる。

図１０は、図４および図８に基づいて、検知用信号の電圧レベルVDSENと、強電ライン７側に存在するリレーＲ１〜Ｒ３のオン／オフの状態との関係をまとめたマップである。また、図１１は、図５および図９に基づいて、検知用信号の電圧レベルVDSENと、強電ライン８側に存在するリレーＲ４，Ｒ５のオン／オフの状態との関係をまとめたマップである。

図１２は、検知用信号の電圧レベルVDSENとリレー診断可能判定電圧Ｖrとの関係、および、検知用信号の電圧レベルVDSENと絶縁抵抗低下異常判定電圧Ｖzとの関係と、その時の車両の絶縁状態とを示すマップである。図１２に示すように、VDSEN≧Ｖrの関係が成り立つ場合には、絶縁抵抗２０の抵抗値は例えば１ＭΩ以上であり、絶縁状態は正常である。また、この場合には、リレーの故障診断が可能である。VDSEN≦Ｖzの関係が成り立つ場合には、絶縁抵抗２０の抵抗値は例えば１００ｋΩ以下に低下しており、異常が発生していると判定する。なお、図１０から図１２に示すマップは、メモリ５ｂに記憶されている。

図１３および図１４は、各リレーＲ１〜Ｒ５の故障診断プログラムの内容を示すフローチャートである。ステップＳ１０以降の処理は、図示しないメインスイッチがオンされることにより始まり、制御装置５のＣＰＵ５ａにより行われる。ステップＳ１０では、スイッチＳＷ１およびＳＷ２をオフにして、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、スイッチＳＷ１をオンにして、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、リレー診断開始条件判定処理を行う。リレー診断開始条件判定処理の詳細な内容について、図１５に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ４００では、絶縁抵抗低下検知回路６の検知用信号発生回路６１から、周波数ｆ１の矩形波の検知用信号を出力する。検知用信号発生回路６１から検知用信号を出力すると、ステップＳ４１０に進む。

ステップＳ４１０では、検知用信号入力回路６６により、検知用信号発生回路６１から出力された検知用信号の電圧レベルVDSENを検出する。検知用信号の電圧レベルVDSENを検出すると、ステップＳ４２０に進む。ステップＳ４２０では、ステップＳ４１０で検出した電圧レベルVDSENと、電圧レベルＶｒとを比較する（図１２参照）。VDSEN≧Ｖｒが成立する場合には、リレー診断の開始が可能であると判定し、VDSEN＜Ｖｒならば、リレー診断を開始することはできないと判定する。ステップＳ４２０の処理を終了すると、図１３に示すフローチャートのステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、ステップＳ３０で行ったリレー診断開始条件判定処理の結果、リレー診断の開始が可能であるか否かを判定する。リレー診断の開始が可能であると判定すると、ステップＳ５０に進み、リレー診断の開始が不可能であると判定すると、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、絶縁抵抗異常判定処理を行う。

絶縁抵抗異常判定処理の詳細な内容について、図１７に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ６００では、検知用信号入力回路６６によって検出された検知用信号の電圧レベルVDSEN（図１５のステップＳ４１０）と、電圧レベルＶｚとを比較する（図１２参照）。VDSEN≦Ｖｚの関係が成り立つと判定すると、ステップＳ６３０に進み、VDSEN≦Ｖｚの関係が成り立たないと判定すると、ステップＳ６１０に進む。

ステップＳ６３０では、絶縁抵抗２０の抵抗値が低下しており、異常な状態であるので、車両起動時のリレー診断を終了して、ステップＳ６４０に進む。一方、ステップＳ６１０では、車両起動時のリレー診断を終了して、ステップＳ６２０に進む。ステップＳ６２０では、車両起動処理を中止して、ステップＳ６４０に進む。ステップＳ６４０では、制御装置４を介して、警告灯９を点灯させる指示を出す。これにより、警告灯９が点灯して、乗員に異常の発生を報知する。警告灯を点灯させると、全ての処理を終了する。

図１３に示すフローチャートのステップＳ５０以降の処理について説明する。ステップＳ５０では、強電リレーＲ１のオン／オフの状態の判定処理を行う。この判定処理の詳細な内容について、図１６に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ５００では、絶縁抵抗低下検知回路６の検知用信号発生回路６１から、周波数ｆ２の矩形波の検知用信号を出力する。検知用信号発生回路６１から検知用信号を出力すると、ステップＳ５１０に進む。

ステップＳ５１０では、検知用信号入力回路６６により、検知用信号発生回路６１から出力された検知用信号の電圧レベルVDSENを検出する。検知用信号の電圧レベルVDSENを検出すると、ステップＳ５２０に進む。ステップＳ５２０では、ステップＳ５１０で検出した電圧レベルVDSENと、図１０に示すマップとに基づいて、強電リレーＲ１のオン／オフの状態を判定する。すなわち、VDSEN＝Ｖ１またはＶ２であれば、強電リレーＲ１はオンしていると判定し、VDSEN＝Ｖ３であれば、強電リレーＲ１はオフしていると判定する。ステップＳ５２０の処理を終了すると、図１３に示すフローチャートのステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、ステップＳ５０で行った判定処理の結果、強電リレーＲ１がオフであるか否かを判定する。強電リレーＲ１がオフであると判定するとステップＳ７０に進み、オンであると判定するとステップＳ１６０に進む。ステップＳ１６０では、強電リレーＲ１をオンする制御を行っていないにも関わらず、オンしていると判定されたので、強電リレーＲ１が溶着している状態、すなわち、オンしたまま故障していると判断する。強電リレーＲ１がオンしたまま故障していると判断すると、制御装置４を介して、警告灯９を点灯させる指示を出した後、処理を終了する。

ステップＳ７０では、スイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオンにして、ステップＳ８０に進む。ステップＳ８０では、強電リレーＲ４のオン／オフの状態の判定処理を行う。この判定処理の詳細な内容について、図１６に示すフローチャートを用いて説明する。ただし、図１６に示すフローチャートのステップＳ５００，Ｓ５１０で行う処理の内容については、既に説明したので省略する。

ステップＳ５２０では、ステップＳ５１０で検出した電圧レベルVDSENと、図１１に示すマップとに基づいて、強電リレーＲ４のオン／オフの状態を判定する。すなわち、VDSEN＝Ｖ４またはＶ５であれば、強電リレーＲ４はオンしていると判定し、VDSEN＝Ｖ６であれば、強電リレーＲ４はオフしていると判定する。ステップＳ５２０の処理を終了すると、図１３に示すフローチャートのステップＳ９０に進む。

ステップＳ９０では、ステップＳ８０で行った判定処理の結果、強電リレーＲ４がオフであるか否かを判定する。強電リレーＲ４がオフであると判定するとステップＳ１００に進み、オンであると判定するとステップＳ１７０に進む。ステップＳ１７０では、強電リレーＲ４をオンする制御を行っていないにも関わらず、オンしていると判定されたので、強電リレーＲ４が溶着している状態、すなわち、オンしたまま故障していると判断する。強電リレーＲ４がオンしたまま故障していると判断すると、制御装置４を介して、警告灯９を点灯させる指示を出した後、処理を終了する。

ステップＳ１００では、スイッチＳＷ１およびＳＷ２を共にオフにして、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、充電リレーＲ２およびインバータリレーＲ５をオンした旨の信号を制御装置４から受信したか否かを判定する。すなわち、ステップＳ１００の処理が行われた後、制御装置４は、充電リレーＲ２をオン、かつ、インバータリレーＲ５をオンにし、オンにしたことを示す信号を制御装置５に送信するので、制御装置５は、この信号を受信したか否かを判定する。充電リレーＲ２およびインバータリレーＲ５がオンされた旨の信号を受信したと判定するとステップＳ１２０に進み、受信していないと判定すると、受信するまでステップＳ１１０で待機する。

ステップＳ１２０では、強電リレーＲ１およびＲ４を共にオンして、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、コンデンサ１０の充電が完了したか否かを判定する。この判定は、例えば、バッテリ１からコンデンサ１０に流れる電流を検出することにより行う。コンデンサ１０の充電が完了していないと判定すると、充電が完了するまでステップＳ１３０で待機し、充電が完了したと判定すると、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、スイッチＳＷ１をオンして、図１４に示すフローチャートのステップＳ１８０に進む。

図１４に示すフローチャートのステップＳ１８０では、強電リレーＲ１および充電リレーＲ２のオン／オフの状態の判定処理を行う。この判定処理の詳細な内容について、図１６に示すフローチャートを用いて説明する。ただし、図１６に示すフローチャートのステップＳ５００，Ｓ５１０で行う処理の内容については、既に説明したので省略する。

ステップＳ５２０では、ステップＳ５１０で検出した電圧レベルVDSENと、図１０に示すマップとに基づいて、強電リレーＲ１および充電リレーＲ２のオン／オフの状態を判定する。VDSEN＝Ｖ１であれば、強電リレーＲ１および充電リレーＲ２はオンしていると判定し、VDSEN＝Ｖ２であれば、強電リレーＲ１はオン、かつ、充電リレーＲ２はオフしていると判定する。また、VDSEN＝Ｖ３であれば、強電リレーＲ１および充電リレーＲ２は共にオフしていると判定する。ステップＳ５２０の処理を終了すると、図１４に示すフローチャートのステップＳ１９０に進む。

ステップＳ１９０では、ステップＳ１８０で行った判定処理の結果、強電リレーＲ１がオンであるか否かを判定する。強電リレーＲ１がオンであると判定するとステップＳ２１０に進み、オフであると判定するとステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、強電リレーＲ１をオンする制御を行っているにも関わらず、オフしていると判定されたので、強電リレーＲ１がオフしたまま固着する故障が発生していると判断する。強電リレーＲ１がオフしたまま故障していると判断すると、制御装置４を介して、警告灯９を点灯させる指示を出した後、処理を終了する。

ステップＳ２１０では、ステップＳ１８０で行った判定処理の結果、充電リレーＲ２がオンであるか否かを判定する。充電リレーＲ２がオンであると判定するとステップＳ２３０に進み、オフであると判定するとステップＳ２２０に進む。ステップＳ２２０では、充電リレーＲ２をオンする制御を行っているにも関わらず、オフしていると判定されたので、充電リレーＲ２がオフしたまま固着する故障が発生していると判断する。充電リレーＲ２がオフしたまま故障していると判断すると、制御装置４を介して、警告灯９を点灯させる指示を出した後、処理を終了する。

ステップＳ２３０では、スイッチＳＷ１をオフ、かつ、スイッチＳＷ２をオンにして、ステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０では、強電リレーＲ４およびインバータリレーＲ５のオン／オフの状態の判定処理を行う。この判定処理の詳細な内容について、図１６に示すフローチャートを用いて説明する。ただし、図１６に示すフローチャートのステップＳ５００，Ｓ５１０で行う処理の内容については、既に説明したので省略する。

ステップＳ５２０では、ステップＳ５１０で検出した電圧レベルVDSENと、図１１に示すマップとに基づいて、強電リレーＲ４およびインバータリレーＲ５のオン／オフの状態を判定する。VDSEN＝Ｖ４であれば、強電リレーＲ４およびインバータリレーＲ５はオンしていると判定し、VDSEN＝Ｖ５であれば、強電リレーＲ４はオン、かつ、インバータリレーＲ５はオフしていると判定する。また、VDSEN＝Ｖ６であれば、強電リレーＲ４およびインバータリレーＲ５は共にオフしていると判定する。ステップＳ５２０の処理を終了すると、図１５に示すフローチャートのステップＳ２５０に進む。

ステップＳ２５０では、ステップＳ２４０で行った判定処理の結果、強電リレーＲ４がオンであるか否かを判定する。強電リレーＲ４がオンであると判定するとステップＳ２７０に進み、オフであると判定するとステップＳ２６０に進む。ステップＳ２６０では、強電リレーＲ４をオンする制御を行っているにも関わらず、オフしていると判定されたので、強電リレーＲ４がオフしたまま固着する故障が発生していると判断する。強電リレーＲ４がオフしたまま故障していると判断すると、制御装置４を介して、警告灯９を点灯させる指示を出した後、処理を終了する。

ステップＳ２７０では、ステップＳ２４０で行った判定処理の結果、インバータリレーＲ５がオンであるか否かを判定する。インバータリレーＲ５がオンであると判定するとステップＳ２９０に進み、オフであると判定するとステップＳ２８０に進む。ステップＳ２８０では、インバータリレーＲ５をオンする制御を行っているにも関わらず、オフしていると判定されたので、インバータリレーＲ５がオフしたまま固着する故障が発生していると判断する。インバータリレーＲ５がオフしたまま故障していると判断すると、制御装置４を介して、警告灯９を点灯させる指示を出した後、処理を終了する。

ステップＳ２９０では、充電リレーＲ２がオフされた信号を制御装置４から受信したか否かを判定する。すなわち、ステップＳ２７０の処理が終了すると、制御装置４は、充電リレーＲ２をオフにし、オフにしたことを示す信号を制御装置５に送信するので、制御装置５は、この信号を受信したか否かを判定する。充電リレーＲ２がオフされた信号を受信したと判定するとステップＳ３００に進み、受信していないと判定すると、受信するまでステップＳ２９０で待機する。

ステップＳ３００では、スイッチＳＷ１をオン、かつ、スイッチＳＷ２をオフして、ステップＳ３１０に進む。ステップＳ３１０では、充電リレーＲ２のオン／オフの状態の判定処理を行う。この判定処理の詳細な内容について、図１６に示すフローチャートを用いて説明する。ただし、図１６に示すフローチャートのステップＳ５００，Ｓ５１０で行う処理の内容については、既に説明したので省略する。

ステップＳ５２０では、ステップＳ５１０で検出した電圧レベルVDSENと、図１０に示すマップとに基づいて、充電リレーＲ２のオン／オフの状態を判定する。VDSEN＝Ｖ１であれば、充電リレーＲ２はオンしていると判定し、VDSEN＝Ｖ２またはVDSEN＝Ｖ３であれば、充電リレーＲ２はオフしていると判定する。ステップＳ５２０の処理を終了すると、図１４に示すフローチャートのステップＳ３２０に進む。

ステップＳ３２０では、ステップＳ３１０で行った判定処理の結果、充電リレーＲ２がオフであるか否かを判定する。充電リレーＲ２がオフであると判定するとステップＳ３４０に進み、オンであると判定するとステップＳ３３０に進む。ステップＳ３３０では、充電リレーＲ２をオフする制御を行っているにも関わらず、オンしていると判定されたので、充電リレーＲ２が溶着している状態、すなわち、オンしたまま故障していると判断する。充電リレーＲ２がオンしたまま故障していると判断すると、制御装置４を介して、警告灯９を点灯させる指示を出した後、処理を終了する。

ステップＳ３４０では、インバータリレーＲ３がオンされた信号を制御装置４から受信したか否かを判定する。すなわち、制御装置４は、ステップＳ３２０の処理が終わると、インバータリレーＲ３をオンにし、オンにしたことを示す信号を制御装置５に送信するので、制御装置５は、この信号を受信したか否かを判定する。インバータリレーＲ３がオンされた信号を受信したと判定するとステップＳ３５０に進み、受信していないと判定すると、受信するまでステップＳ３４０で待機する。

ステップＳ３５０では、インバータリレーＲ３のオン／オフの状態の判定処理を行う。この判定処理の詳細な内容について、図１６に示すフローチャートを用いて説明する。ただし、図１６に示すフローチャートのステップＳ５００，Ｓ５１０で行う処理の内容については、既に説明したので省略する。

ステップＳ５２０では、ステップＳ５１０で検出した電圧レベルVDSENと、図１０に示すマップとに基づいて、インバータリレーＲ３のオン／オフの状態を判定する。VDSEN＝Ｖ１であれば、インバータリレーＲ３はオンしていると判定し、VDSEN＝Ｖ２またはVDSEN＝Ｖ３であれば、インバータリレーＲ３はオフしていると判定する。ステップＳ５２０の処理を終了すると、図１４に示すフローチャートのステップＳ３６０に進む。

ステップＳ３６０では、ステップＳ３５０で行った判定処理の結果、インバータリレーＲ３がオンであるか否かを判定する。インバータリレーＲ３がオンであると判定するとステップＳ３８０に進み、オフであると判定するとステップＳ３７０に進む。ステップＳ３７０では、インバータリレーＲ３をオンする制御を行っているにも関わらず、オフしていると判定されたので、インバータリレーＲ３がオフしたまま固着している故障が発生していると判断する。インバータリレーＲ３がオフしたまま故障していると判断すると、制御装置４を介して、警告灯９を点灯させる指示を出した後、処理を終了する。

ステップＳ３８０では、スイッチＳＷ１およびＳＷ２を共にオフする。これにより、各リレーＲ１〜Ｒ５の故障診断処理が終了する。

一実施の形態におけるリレーの故障判定装置は、絶縁抵抗検出信号を出力する信号出力回路６１と、絶縁抵抗検出信号を受信する信号入力回路６６とを備え、信号入力回路６６で受信した絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、バッテリ１と被絶縁部との間の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出回路６を備えたシステムに適用することができる。すなわち、リレーＲ１〜Ｒ５をオン／オフさせた際に、信号入力回路６６で受信される絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、リレーＲ１〜Ｒ５の故障を判定する。これにより、リレーがオンしたままオフとならない故障だけでなく、オフしたままオンとならない故障も検出することができる。

また、一実施の形態におけるリレーの故障判定装置では、従来の装置のように、リレーの端子間の電圧を検出するための電圧センサを設ける必要がないので、コストを抑制することができる。特に、診断するためのリレーが複数存在する場合には、コスト抑制の効果は大きくなる。また、従来の装置のように、リレー端子間の電圧を検出する必要がないので、バッテリ１が搭載されていない状態でも、リレーの故障診断を行うことができる。例えば、修理工場にて、バッテリの交換作業と、リレーの故障診断作業とを同時に行うことができる。

特に、一実施の形態におけるリレーの故障判定装置では、リレーをオンさせた時に、信号入力回路６６で受信される絶縁抵抗検出信号の電圧、および、リレーをオフさせた時に、信号入力回路６６で受信される絶縁抵抗検出信号の電圧をそれぞれ、予め記憶しておく。そして、リレーをオン／オフさせた際に信号入力回路６６で受信される絶縁抵抗検出信号の電圧と、予め記憶している電圧とに基づいて、リレーの故障を判定するので、リレーがオンしたままの故障およびオフしたままの故障を確実に検出することができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した説明では、電気自動車のシステムに適用した例について説明したが、他のシステムにも適用することができる。また、故障診断を行うリレーについても、電気自動車に備えられる強電リレーＲ１，Ｒ４、充電リレーＲ２、および、インバータリレーＲ３，Ｒ５に限られない。

バッテリ１と車体などの被絶縁部との間の絶縁抵抗の低下を検知する絶縁抵抗低下検知回路６の構成を図６に示したが、回路構成が図６に示す構成に限定されることもない。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、絶縁抵抗低下検知回路６が絶縁抵抗検出回路を、制御装置４，５がリレー制御手段を、制御装置５が故障判定手段を、メモリ５ｂが記憶手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

本発明によるリレーの故障判定装置を電気自動車のシステムに適用した一実施の形態の構成を示す図強電ラインの電気特性について説明するための図強電ラインの長さを説明するための図各リレーＲ１〜Ｒ３の状態に対応した強電ライン７の長さ、および、その状態における強電ライン７の対地静電容量の関係を示す図各リレーＲ４，Ｒ５の状態に対応した強電ライン８の長さ、および、その状態における強電ライン８の対地静電容量の関係を示す図絶縁抵抗低下検知回路の詳細な構成を示す図絶縁抵抗の抵抗値と、検知用信号入力回路で検出される検知用信号の電圧レベルVDSENとの関係を示す図強電ライン７の対地静電容量と、検知用信号入力回路６６で検出される検知用信号の電圧レベルVDSENとの関係を示す図強電ライン８の対地静電容量と、検知用信号入力回路６６で検出される検知用信号の電圧レベルVDSENとの関係を示す図検知用信号の電圧レベルVDSENと、強電ライン７側に存在するリレーＲ１〜Ｒ３のオン／オフの状態との関係をまとめたマップ検知用信号の電圧レベルVDSENと、強電ライン８側に存在するリレーＲ４，Ｒ５のオン／オフの状態との関係をまとめたマップ検知用信号の電圧レベルVDSENとリレー診断可能判定電圧Ｖrとの関係、および、検知用信号の電圧レベルVDSENと絶縁抵抗低下異常判定電圧Ｖzとの関係と、その時の車両の絶縁状態とを示すマップ各リレーＲ１〜Ｒ５の故障診断プログラムの内容を示すフローチャート図１３に示すフローチャートによる処理の続きの処理を示すフローチャートリレー診断開始条件判定処理の詳細な内容を示すフローチャートリレーのオン／オフの状態判定処理の詳細な内容を示すフローチャート絶縁抵抗低下異常判定処理の詳細な内容を示すフローチャート

符号の説明

１…バッテリ
２…インバータ
３…３相交流モータ
４…制御装置
５…制御装置
５ａ…ＣＰＵ
５ｂ…メモリ
６…絶縁抵抗低下検知回路
７，８…強電ライン
９…警告灯
１０，１１，１２，６７…コンデンサ
１３，６３，６４…抵抗
Ｒ１，Ｒ４…強電リレー
Ｒ２…充電リレー
Ｒ３，Ｒ５…インバータリレー
６１…検知用信号発生回路
６２，６５…オペアンプ
６６…検知用信号入力回路
２０…絶縁抵抗

Claims

二次電池の電力をリレーを介して負荷に供給する電力供給システムに備えられた前記リレーの故障を判定する故障判定装置であって、
前記故障判定装置は、
前記電力供給システムの前記二次電池のプラス端子側およびマイナス端子側に接続され、
前記二次電池のプラス端子またはマイナス端子と、絶縁材から構成され、前記二次電池を外部から絶縁するための被絶縁部と、の間に絶縁抵抗検出信号を出力する信号出力回路、および、前記絶縁抵抗検出信号を受信する信号入力回路を備え、前記信号入力回路で受信した絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、前記二次電池のプラス端子またはマイナス端子と、前記被絶縁部との間の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出回路と、
リレーのオン／オフを制御するリレー制御手段と、
前記リレー制御手段により、前記リレーのオン／オフを制御した際に前記信号入力回路で受信される絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、リレーの固着によるオン／オフ制御不能故障を判定する故障判定手段とを備えることを特徴とするリレーの故障判定装置。
請求項１に記載のリレーの故障判定装置において、
前記リレーをオンさせた時に前記信号入力回路で受信される絶縁抵抗検出信号の電圧、および、前記リレーをオフさせた時に前記信号入力回路で受信される絶縁抵抗検出信号の電圧をそれぞれ記憶する記憶手段をさらに備え、
前記故障判定手段は、前記リレーをオン／オフさせた際に前記信号入力回路で受信される前記絶縁抵抗検出信号の電圧と、前記記憶手段に記憶されている電圧とに基づいて、前記リレーの故障を判定することを特徴とするリレーの故障判定装置。
請求項２に記載のリレーの故障判定装置において、
前記記憶手段は、複数のリレーのオン／オフを組み合わせた状態において、前記信号入力回路で受信される絶縁抵抗検出信号の電圧を複数記憶し、
前記故障判定手段は、前記リレー制御手段により、前記複数のリレーをオン／オフさせた際に前記信号入力回路で受信される前記絶縁抵抗検出信号の電圧と、前記記憶手段に記憶されている複数の電圧とに基づいて、前記複数のリレーの故障をそれぞれ判定することを特徴とするリレーの故障判定装置。
請求項１〜３のいずれかに記載のリレーの故障判定装置において、
前記リレーは、電気自動車に備えられた強電リレー、充電リレー、および、インバータリレーのうちの少なくとも１つであることを特徴とするリレーの故障判定装置。
二次電池の電力をリレーを介して負荷に供給する電力供給システムに備えられた前記リレーの故障を判定する方法であって、
前記電力供給システムの前記二次電池のプラス端子側およびマイナス端子側に接続され、かつ、前記二次電池のプラス端子またはマイナス端子と、絶縁材から構成され、前記二次電池を外部から絶縁するための被絶縁部との間に絶縁抵抗検出信号を出力する信号出力回路、および、前記絶縁抵抗検出信号を受信する信号入力回路を備え、前記信号入力回路で受信した絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、前記二次電池のプラス端子またはマイナス端子と、前記被絶縁部との間の絶縁抵抗を検出する絶縁抵抗検出回路を用い、
リレーをオン／オフさせた際に前記信号入力回路で受信される前記絶縁抵抗検出信号の電圧に基づいて、リレーの固着によるオン／オフ制御不能故障を判定することを特徴とするリレーの故障判定方法。