JP6229584B2 - Ground fault judgment device - Google Patents
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Description
本発明は、地絡の有無を検出する地絡判定装置に関する。 The present invention relates to a ground fault determination device that detects the presence or absence of a ground fault.
例えばハイブリッド自動車や電気自動車などの高電圧のバッテリ系（高電圧回路）を備える車両では、高電圧回路と車両との間に対地絶縁抵抗が存在している。この対地絶縁抵抗が地絡により低下すると漏電が生じるおそれがある。そこで漏電から乗員等を保護するために、地絡の有無を判定する地絡判定装置が設けられている。 For example, in a vehicle including a high voltage battery system (high voltage circuit) such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, a ground insulation resistance exists between the high voltage circuit and the vehicle. If this ground insulation resistance is lowered due to a ground fault, there is a risk of leakage. Therefore, in order to protect passengers and the like from electric leakage, a ground fault determination device that determines the presence or absence of a ground fault is provided.
例えば特許文献１において、地絡判定装置は、カップリングコンデンサを介して地絡判定装置と高電圧部とが直流的に絶縁された状態で、高電圧部に対して抵抗を介して所定周波数の交流信号（パルス信号）を印加する。そして、抵抗と対地絶縁抵抗との分圧で決定される交流信号の波高値（波高値）の変動から、対地絶縁抵抗の低下に伴う地絡の有無を判定している。
For example, in
しかし従来の地絡判定では、車両の製造時などに決定された地絡判定値を用いて地絡判定が実施されている。しかしバッテリ個体差や経年劣化などに伴う対地絶縁抵抗のばらつきや、地絡判定装置が有する各素子の個体差や劣化によるばらつきがあるため、このことが地絡判定の精度に影響してしまう。 However, in the conventional ground fault determination, the ground fault determination is performed using the ground fault determination value determined at the time of manufacturing the vehicle. However, since there are variations in ground insulation resistance due to individual battery differences and aging degradation, and variations due to individual differences and deterioration of each element of the ground fault determination device, this affects the accuracy of ground fault determination.
本発明は、上記実情を鑑み、地絡判定装置による地絡判定の精度を高めることを技術課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to improve the accuracy of ground fault determination by a ground fault determination device.
本発明では、高電圧部の対地絶縁抵抗に印加される所定の発振周波数の交流信号を出力する交流信号出力手段と、交流信号出力手段と対地絶縁抵抗との間に設けられたカップリングコンデンサと、交流信号出力手段とカップリングコンデンサとの間で交流信号を取り込み、当該交流信号の波高値を算出する波高値算出手段と、波高値算出手段により算出した波高値と所定の地絡判定値との比較により高電圧部の地絡判定を実施する地絡判定手段と、所定条件の成立に応じて、波高値算出手段により算出した時系列の波高値を用いて、地絡判定値を設定する判定値設定手段と、を備えることを特徴とする地絡判定装置。 In the present invention, AC signal output means for outputting an AC signal having a predetermined oscillation frequency applied to the ground insulation resistance of the high voltage portion, a coupling capacitor provided between the AC signal output means and the ground insulation resistance, A peak value calculating means for taking in an AC signal between the AC signal output means and the coupling capacitor and calculating a peak value of the AC signal, a peak value calculated by the peak value calculating means, and a predetermined ground fault judgment value The ground fault determination means for performing the ground fault determination of the high voltage part by comparing the above and the time series peak value calculated by the peak value calculation means according to the establishment of the predetermined condition, the ground fault determination value is set. A ground fault determination device comprising: a determination value setting unit.
上記発明において、地絡判定装置で検出した交流信号の波高値を用いて地絡判定値を設定する。この場合、高電圧部や地絡判定装置の個体差や経年劣化などに起因する地絡判定の誤差を抑えることができ、地絡判定の精度を高めることができる。 In the said invention, a ground fault determination value is set using the peak value of the alternating current signal detected with the ground fault determination apparatus. In this case, it is possible to suppress ground fault determination errors caused by individual differences in the high voltage section and the ground fault determination device, aging degradation, and the like, and the accuracy of ground fault determination can be increased.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示す地絡判定装置は、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載された高電圧バッテリ（以下、バッテリと記す）の地絡（漏電）を判定する装置である。本実施形態では、バッテリ１１、電気負荷１０、ＳＭＲ１５を含む回路を高電圧回路１と称する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The ground fault determination device shown in FIG. 1 is a device that determines a ground fault (leakage) of a high voltage battery (hereinafter referred to as a battery) mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. In the present embodiment, a circuit including the battery 11, the
バッテリ１１は、車両の電気負荷１０に電力を供給する電源であり、例えば、複数個のリチウムイオン電池等が直列に接続された電池群として構成されている。バッテリ１１と、電気負荷１０とはシステムメインリレー（system main relay、以下ＳＭＲ１５と記す）を介して接続されている。
The battery 11 is a power source that supplies electric power to the
ＳＭＲ１５は、バッテリ１１の負極端子と正極端子のそれぞれに接続されており、ＳＭＲ１５の接続（オン）／遮断（オフ）が切り替えられることで、バッテリ１１と電気負荷１０との電気的な接続（オン）／遮断（オフ）が切り替えられる。
The
電気負荷１０は、例えばＭＧ１２（motor generator）、インバータ１３、コンバータ１４を備えている。ＳＭＲ１５がオンの際、バッテリ１１の電力は、インバータ１３及びコンバータ１４で電力変換されてＭＧ１２に供給される。またＭＧ１２の回生エネルギでバッテリ１１が充電される。
The
バッテリ１１と電気負荷１０とはそれぞれ車両の車体１００から絶縁されているが、バッテリ１１と車体１００との間には、絶縁抵抗Ｒｇ０及び浮遊容量Ｃｇ０からなる対地絶縁抵抗３０が存在している。同様に電気負荷１０と車体１００との間にも、絶縁抵抗Ｒｇ１及び浮遊容量Ｃｇ１からなる対地絶縁抵抗３１が存在している。なお図１では、バッテリ１１と車体１００とに絶縁抵抗Ｒｇ０が接続されており且つ絶縁抵抗Ｒｇ０に浮遊容量Ｃｇ０が並列接続されている状態と、電気負荷１０と車体１００とに絶縁抵抗Ｒｇ１が接続されており且つ絶縁抵抗Ｒｇ１に浮遊容量Ｃｇ１が並列接続された状態とを説明の便宜上示している。
The battery 11 and the
なお、バッテリ１１に地絡が発生していない正常時には、対地絶縁抵抗３０の絶縁抵抗Ｒｇ０は所定以上（例えば数ＭΩ以上）に維持される。一方、バッテリ１１に地絡が発生している異常時には、対地絶縁抵抗３０の絶縁抵抗Ｒｇ０が低下する。 When the ground fault does not occur in the battery 11, the insulation resistance Rg0 of the ground insulation resistance 30 is maintained at a predetermined value or more (for example, several MΩ or more). On the other hand, when the ground fault occurs in the battery 11, the insulation resistance Rg0 of the ground insulation resistance 30 decreases.
地絡判定装置２は、発振回路２１、抵抗２２、カップリングコンデンサ２３、フィルタ２４、差動増幅器２５、制御装置２６を備えている。
The ground
発振回路２１は、所定の発振周波数の交流信号を出力する回路である。例えば発振回路２１は、中心周波数ｆｃ＝２Ｈｚ、波高値５Ｖの矩形波状の交流信号を出力する。
The
抵抗２２は、対地絶縁抵抗３０と交流信号を分圧するものであり、一端が発振回路２１に接続され、他端がカップリングコンデンサ２３とフィルタ２４との接続点Ｂに接続される。
The
カップリングコンデンサ２３は、地絡判定装置２とバッテリ１１との間で、直流成分を遮断して交流信号を通過させるための素子であり、一端が抵抗２２に接続され、他端がバッテリ１１の負極側に接続される。
The
フィルタ２４は、抵抗ＲとコンデンサＣとを備えるアナログフィルタであり、例えば、後述する制御装置２６で交流信号をＡ／Ｄ変換をする際にエイリアシングが発生することを抑制するためのアンチエイリアスフィルタとして設けられている。なお、フィルタ２４は、制御装置２６のサンプリング周波数（Ａ／Ｄ変換周期の逆数）の半分以上の周波数成分を除去するように構成されている。
The
差動増幅器２５は、フィルタ２４を通過後の交流信号について振幅レベルを調整するものであり、差動増幅器２５を通過後の交流信号の振幅の最大値が所定値となるように基準電圧が定められている。例えば本実施形態において、発振回路２１から出力される交流信号の振幅を５Ｖとした場合には、フィルタ２４を通過後の交流信号の振幅の最大値が４．５Ｖとなるように、差動増幅器２５によって交流信号の振幅が縮小される。
The
制御装置２６は、Ａ／Ｄ変換部２８、ＣＰＵ２９の他、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリなどを備えて構成されており、ＲＯＭに記憶された各種プログラムをＣＰＵが実行することで各種処理を行う。
The
具体的には、制御装置２６は、ＣＰＵ２９がＡ／Ｄ変換部２８を介して入力された交流信号のデジタルフィルタ処理を実施し、そのフィルタ処理後の交流信号に基づいて、バッテリ１１の地絡判定処理を実施する。デジタルフィルタ処理では、Ａ／Ｄ変換後のデジタルの交流信号に含まれるノイズのうち、交流信号の周波数帯域から離れた周波数のノイズを除去する。例えば、有限インパルス応答（finite impulse response）によって、発振回路２１から出力された交流信号の周波数帯域及びその周辺の帯域成分を濾過し、その他の周波数帯域の信号を遮断する。
Specifically, in the
また、地絡判定処理では、ＳＭＲ１５の切断状態で交流信号の波高値（振幅）を算出するとともに、その波高値と所定の地絡判定値との比較により地絡の有無を判定する。すなわち、制御装置２６は、交流信号の波高値が地絡判定値以上となる場合、つまり対地絶縁抵抗３０に対する抵抗２２の分圧比率が低い場合には、地絡が発生していないと判定する。一方、交流信号の波高値が地絡判定値よりも低くなる場合、つまり対地絶縁抵抗３０の低下に伴って、対地絶縁抵抗３０に対する抵抗２２の分圧比率が高くなる場合には、地絡が発生していると判定する。
In the ground fault determination process, the peak value (amplitude) of the AC signal is calculated in the disconnected state of the
本実施形態では特に、制御装置２６による地絡判定に際して以下の３つの処理を実施することとしており、これら各処理の実施により、地絡判定の精度向上を図るものとしている。
In the present embodiment, in particular, the following three processes are performed when the ground fault is determined by the
（１）地絡判定値の学習処理
（２）地絡判定パラメータの補正処理
（３）低周波ノイズ重畳時における無効化処理
以下、各処理について説明する。
(1) Ground fault determination value learning process (2) Ground fault determination parameter correction process (3) Invalidation process at the time of low frequency noise superimposition Each process will be described below.
＜地絡判定値の学習処理＞
バッテリ１１の地絡判定では、一般に車両の工場出荷時に決定されている地絡判定値を用い、その地絡判定値と交流信号の波高値とに基づいて地絡の有無が判定される。ただし、バッテリ１１の個体差や経年変化を考慮すると、対地絶縁抵抗３０の抵抗値にはばらつきが生じていると考えられる。また、制御装置２６に入力される交流信号についても、地絡判定装置２の各素子の個体差や劣化等によるばらつきが生じていると考えられる。ゆえに、こうしたばらつきに起因して、地絡判定の精度に影響が及ぶことが懸念される。
<Learning detection process for ground fault judgment value>
In the ground fault determination of the battery 11, a ground fault determination value generally determined when the vehicle is shipped from the factory is used, and the presence or absence of a ground fault is determined based on the ground fault determination value and the peak value of the AC signal. However, in consideration of individual differences and aging of the batteries 11, it is considered that the resistance value of the ground insulation resistance 30 varies. Further, it is considered that the AC signal input to the
そこで本実施形態では、対地絶縁抵抗３０の実抵抗値に対応する交流信号の波高値を時系列で検出し、その時系列の波高値に基づいて地絡判定値の学習を実施する。つまり、車両の使用時において所定条件の下で交流信号の波高値を検出するとともに、時系列の複数の波高値に基づいて地絡判定値を逐次設定する。 Therefore, in the present embodiment, the peak value of the AC signal corresponding to the actual resistance value of the ground insulation resistance 30 is detected in time series, and the ground fault determination value is learned based on the time series peak value. That is, the peak value of the AC signal is detected under a predetermined condition when the vehicle is used, and the ground fault determination value is sequentially set based on a plurality of time-series peak values.
より具体的には、制御装置２６は、図２に示すように、車両の動作開始の都度（すなわち１トリップごとに）、交流信号の波高値ｐを検出するとともに、時系列のｎ個の波高値ｐ１〜ｐｎについて平均値を算出する。例えば、車両使用ごとに検出した交流信号の波高値ｐをフラッシュメモリ等に記憶しておき、今回及び過去のｎ回分の波高値の平均値を算出する。さらに、波高値の平均値から所定値αを減算して地絡判定値Ａを算出する。本実施形態では、地絡判定値Ａを学習値として記憶し、トリップごとに設定する。ただし、波高値の平均値を学習値として記憶することも可能である。そして、制御装置２６は、学習値である地絡判定値を用い、都度の交流信号の波高値との比較に基づいて地絡の有無を判定する。
More specifically, as shown in FIG. 2, the
また、バッテリ１１と電気負荷１０とを接続するＳＭＲ１５が閉じている状態と開いている状態とでは、抵抗２２の分圧により検出される交流信号の波高値に差異が生じ、バッテリ１１の地絡判定の精度に影響が及ぶ。そのため、本実施形態では、ＳＭＲ１５が開いている状態下で、都度の交流信号の波高値に基づいて地絡の有無を判定する。地絡判定値の学習処理においても、ＳＭＲ１５が開いている状態下で、時系列の複数の波高値に基づいて地絡判定値の学習を実施する。
Further, there is a difference in the peak value of the AC signal detected by the partial pressure of the
ここで、ＳＭＲ１５は、接続状態の切り替え時に発生する過渡電流の熱で溶着するなど、オン故障が生じる可能性がある。この場合、ＳＭＲ１５のオン故障が生じていると、バッテリ１１と電気負荷１０とが意図せず接続されたままの状態となるため、やはり地絡判定の精度に影響が及ぶ。
Here, there is a possibility that the
そこで本実施形態では、制御装置２６は、地絡判定を実施する際に、ＳＭＲ１５がオン故障しているか否かを判定する。すなわち制御装置２６は、上述した波高値の平均値に基づいてＳＭＲ異常判定用の異常判定値を設定し、その異常判定値と都度の交流信号の波高値との比較に基づいてＳＭＲ１５のオン故障の有無を判定する。なお、地絡判定値とＳＭＲ異常判定値とは同じ値とすることが可能である。地絡判定値とＳＭＲ異常判定値とを共通の異常判定値とする場合、交流信号の波高値が異常判定値以下になることで、地絡及びＳＭＲオン故障のいずれかの異常が発生していると判定される。そしてかかる場合には、ＳＭＲ１５を開閉（オン／オフ）させることで、地絡及びＳＭＲオン故障のいずれが生じているかを特定する。つまり、ＳＭＲ１５をオン／オフさせて交流信号の波高値が変化すれば地絡が発生していると判定でき、変化しなければＳＭＲオン故障が発生していると判定できる。ＳＭＲ１５のオン故障を適正に判定することで、地絡判定の精度向上も期待できる。
Therefore, in the present embodiment, the
＜地絡判定パラメータの補正処理＞
バッテリ１１の地絡判定は、交流信号の波高値を判定パラメータとして実施される。この場合、地絡の有無は対地絶縁抵抗３０の絶縁抵抗Ｒｇ０の大きさに応じて判定されるものであるが、交流信号を用いて地絡判定を実施する場合には、浮遊容量Ｃｇ０による容量リアクタンスの影響で交流信号の波高値に変動が生じてしまう。この場合、絶縁抵抗Ｒｇ０が低下しておらず地絡が発生していないにもかかわらず、浮遊容量Ｃｇ０による容量リアクタンスの影響で地絡が誤判定されるおそれがある。
<Correction processing for ground fault determination parameter>
The ground fault determination of the battery 11 is performed using the peak value of the AC signal as a determination parameter. In this case, the presence or absence of a ground fault is determined according to the magnitude of the insulation resistance Rg0 of the ground insulation resistance 30, but when the ground fault determination is performed using an AC signal, the capacitance due to the stray capacitance Cg0 The peak value of the AC signal fluctuates due to the reactance. In this case, the ground fault may be erroneously determined due to the influence of the capacitive reactance due to the stray capacitance Cg0 even though the insulation resistance Rg0 is not lowered and the ground fault is not generated.
そこで、本実施形態では浮遊容量Ｃｇ０の容量リアクタンスによる電圧誤差を取り除いた状態で地絡判定を実施する。すなわち、浮遊容量Ｃｇ０の容量リアクタンスが交流信号の周波数に応じて変化することを利用して、地絡判定パラメータである交流信号の波高値の検出値を補正する。 Therefore, in the present embodiment, the ground fault determination is performed in a state where the voltage error due to the capacitive reactance of the stray capacitance Cg0 is removed. That is, using the fact that the capacitive reactance of the stray capacitance Cg0 changes according to the frequency of the AC signal, the detected value of the peak value of the AC signal, which is a ground fault determination parameter, is corrected.
絶縁抵抗値と交流信号の波高値とは図３に示す関係にあり、絶縁抵抗値が大きいほど波高値が大きくなる。図３において、第１波高値Ｖ１は、発振回路２１の中心周波数ｆｃが地絡判定用の第１周波数ｆ１の場合における絶縁抵抗Ｒｇ０及び浮遊容量Ｃｇ０により生じる振幅分を示している。第２波高値Ｖ２は、発振回路２１の中心周波数ｆｃが第１周波数ｆ１とは異なる第２周波数ｆ２の場合における絶縁抵抗Ｒｇ０及び浮遊容量Ｃｇ０により生じる振幅分を示している。この場合、制御装置２６は、第１波高値Ｖ１と第２波高値Ｖ２との差ΔＶ（＝Ｖ１−Ｖ２）を算出し、その差ΔＶを地絡判定パラメータとして用いて地絡判定を実施する。なお、ＳＭＲ異常判定に関していえば、差ΔＶをＳＭＲ異常判定パラメータとして用いてＳＭＲ異常判定を実施する。
The insulation resistance value and the peak value of the AC signal are in the relationship shown in FIG. 3, and the peak value increases as the insulation resistance value increases. In FIG. 3, the first peak value V1 indicates an amplitude component generated by the insulation resistance Rg0 and the stray capacitance Cg0 when the center frequency fc of the
具体的には、図４に示すように、交流信号の中心周波数ｆｃを第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に変化させた際に、浮遊容量Ｃｇ０の容量リアクタンスの変化に伴い交流電圧が第１波高値Ｖ１から第２波高値Ｖ２に変わることを利用して、第１波高値Ｖ１及び第２波高値Ｖ２の差ΔＶから浮遊容量Ｃｇ０を推定する。そして、推定された浮遊容量Ｃｇ０を用いて第１波高値Ｖ１を補正する。 Specifically, as shown in FIG. 4, when the center frequency fc of the AC signal is changed from the first frequency f1 to the second frequency f2, the AC voltage is changed according to the change in the capacitive reactance of the stray capacitance Cg0. Utilizing the change from the peak value V1 to the second peak value V2, the stray capacitance Cg0 is estimated from the difference ΔV between the first peak value V1 and the second peak value V2. Then, the first peak value V1 is corrected using the estimated stray capacitance Cg0.
例えば、ＲＯＭには差ΔＶから浮遊容量Ｃｇ０を算出するための演算式やマップなどの情報が記憶されており、ＣＰＵ２９はこれらの演算を用いて浮遊容量Ｃｇ０の推定値を算出する。そして、浮遊容量Ｃｇ０の推定値を用いて、第１周波数ｆ１での容量インピーダンスＺｃを算出し、第１波高値Ｖ１から容量インピーダンスＺｃで生じる電圧誤差を差し引くことで、補正後の波高値Ｖ１１を得る。なお、交流信号の第１周波数ｆ１は例えば２〜１０Ｈｚの範囲で設定される。第２周波数ｆ２は、第１周波数ｆ１よりも高い周波数であり、例えば４Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で設定される。
For example, information such as an arithmetic expression and a map for calculating the stray capacitance Cg0 from the difference ΔV is stored in the ROM, and the
＜低周波ノイズ重畳時における無効化処理＞
車体１００とバッテリ１１との間には浮遊容量Ｃｇ０が存在しているため、電気負荷１０の状態変化などで生じたコモンモードノイズが、浮遊容量Ｃｇ０を介して地絡判定装置２に侵入する可能性がある。このコモンモードノイズの周波数が、発振回路２１から出力される交流信号の周波数帯域に近い又は重畳する場合には、制御装置２６のデジタルフィルタ処理でそのノイズを除去することができず、地絡判定の精度に影響してしまう。
<Disabling process when low frequency noise is superimposed>
Since the stray capacitance Cg0 exists between the
そこで本実施形態では、制御装置２６は、発振回路２１の発振周波数よりも高周波で、かつフィルタ２４で除去できない低周波ノイズがフィルタ２４を通過した後交流信号に重畳しているか否かを判定し、ノイズ重畳状態である場合に、交流信号の波高値に基づく地絡判定を無効化する。つまり、交流信号と分離できない周波数のノイズが交流信号に重畳されている場合には、その交流信号を地絡判定に使用しないようにする。これにより地絡の誤判定の発生を抑え、地絡判定の精度を高めるようにする。
Therefore, in the present embodiment, the
すなわち、図１において、制御装置２６は、Ａ／Ｄ変換部２８と、ＣＰＵ２９とを有しており、ＣＰＵ２９はデジタルフィルタ２７を有する。制御装置２６に入力されたアナログの交流信号は、Ａ／Ｄ変換部２８でＡ／Ｄ変換されてデジタルの交流信号に変換される。Ａ／Ｄ変換後のデジタルの交流信号は、デジタルフィルタ２７に入力される。デジタルフィルタ２７は、発振回路２１の発振周波数の交流信号を通過させる。
That is, in FIG. 1, the
発振回路２１の発振周波数に近い又は重複する周波数の低周波ノイズが交流信号に含まれていると、その低周波ノイズもデジタルフィルタ２７を通過してしまうため、交流信号から低周波ノイズが除去されない。この場合、低周波ノイズの影響で波高値が変動した交流信号に基づき地絡判定が実施されるため、地絡判定の精度が低下してしまう。
If low frequency noise having a frequency close to or overlapping with the oscillation frequency of the
そこで、本実施形態では発振回路２１から出力される交流信号の波高値（振幅）を、Ａ／Ｄ変換部２８の入力電圧範囲と同じ又はそれよりも大きい振幅とし、その交流信号の振幅を差動増幅器２５で縮小する。これにより所定の入力電圧範囲（例えば０〜５Ｖ）を有するＡ／Ｄ変換部２８において、入力電圧範囲の上限側に、Ａ／Ｄ変換部２８通過後の交流信号が入力電圧範囲を超えるものであることを判定する超過判定領域（４．５Ｖ〜５Ｖ）を形成する。そして、交流信号の波高値が超過判定領域に含まれる場合に、交流信号にデジタルフィルタ２７で除去できない低周波のノイズが重畳された状態であるとして、その交流信号を地絡判定に使用しないようにする。
Therefore, in this embodiment, the peak value (amplitude) of the AC signal output from the
具体的には図５に示されるように、ＣＰＵ２９は、デジタルフィルタ２７通過後の交流信号の波高値と、超過判定領域の上限値（４．５Ｖ）とを比較して、交流電圧の波高値が上限値を超えて超過判定領域に含まれる回数が単位時間内に複数回ある場合に、その交流信号を地絡判定に使用しない（無効化する）と判定する。又は、交流信号の電圧の立ち上がりのエッジが超過判定領域に含まれる回数が単位時間内に複数回ある場合に、その交流信号を地絡判定に使用しないと判定してもよい。
Specifically, as shown in FIG. 5, the
次に以上の構成を備える地絡判定装置の処理について説明する。なお以下の処理は、図示を略す車両のイグニッションスイッチがオンとされた状態で、制御装置２６のＣＰＵ２９が実施する。なお初期設定として、発振回路２１から出力される交流信号の周波数は、第１周波数ｆ１＝２Ｈｚに設定されており、これに合わせてデジタルフィルタ２７が通過する周波数帯域が設定されているとする。
Next, the process of a ground fault determination apparatus provided with the above structure is demonstrated. The following processing is performed by the
図６において、ステップＳ１０でＳＭＲ１５がオフであるか否かを判定する。例えば車両の始動時などＳＭＲ１５がオフとなる場合に肯定判定する。肯定判定した場合には、ステップＳ１１で交流信号のＡ／Ｄ値を取得する。すなわちアナログの交流信号をデジタルの交流信号に変換する。ステップＳ１２では、デジタルフィルタ処理を実施する。すなわち、Ａ／Ｄ変換後の交流信号の発振周波数の周波数成分を通過する。これにより第１周波数ｆ１における第１波高値Ｖ１を取得する。
In FIG. 6, it is determined in step S10 whether or not the
ステップＳ１３では、交流信号を地絡判定に使用するか否かを判定する。ここでは、デジタルフィルタ２７を通過後の交流信号の波高値が超過判定領域に含まれる回数が、単位時間内に所定未満の場合に、交流信号を地絡判定に使用すると肯定判定する。
In step S13, it is determined whether or not the AC signal is used for ground fault determination. Here, when the number of times the peak value of the AC signal after passing through the
ステップＳ１３で肯定判定した場合には、ステップＳ１４で、浮遊容量Ｃｇ０による電圧誤差を補正するために、第１周波数ｆ１とは異なる第２周波数ｆ２での交流信号の第２波高値Ｖ２を取得済みであるか否かを判定する。 If an affirmative determination is made in step S13, the second peak value V2 of the AC signal at the second frequency f2 different from the first frequency f1 has been acquired in step S14 in order to correct the voltage error due to the stray capacitance Cg0. It is determined whether or not.
ステップＳ１４で否定判定した場合には、ステップＳ１８に進み、発振回路２１の第２周波数ｆ２に変更する。例えば第２周波数ｆ２＝２０Ｈｚに設定する。また発振回路２１の周波数変更に合わせて、デジタルフィルタ２７が通過する周波数帯域を設定する。ステップＳ１９では、第２周波数ｆ２の場合における交流信号の第２波高値Ｖ２を検出する。
If a negative determination is made in step S14, the process proceeds to step S18 to change to the second frequency f2 of the
ステップＳ１４で肯定判定した場合には、ステップＳ１５で、第１周波数ｆ１での第１波高値Ｖ１を補正して、補正後の波高値Ｖ１１を算出する。すなわち、差ΔＶから浮遊容量Ｃｇ０を推定し、浮遊容量Ｃｇ０の推定値を用いて第１周波数ｆ１での容量インピーダンスＺｃを算出する。そして第１周波数ｆ１の際に容量インピーダンスＺｃで生じる電圧誤差を差し引くことで、補正後の波高値Ｖ１１を得る。 If an affirmative determination is made in step S14, in step S15, the first peak value V1 at the first frequency f1 is corrected, and the corrected peak value V11 is calculated. That is, the stray capacitance Cg0 is estimated from the difference ΔV, and the capacitance impedance Zc at the first frequency f1 is calculated using the estimated value of the stray capacitance Cg0. Then, a corrected peak value V11 is obtained by subtracting a voltage error caused by the capacitive impedance Zc at the first frequency f1.
ステップＳ１６では、補正後の波高値Ｖ１１が地絡判定値Ａ以上であるか否かを判定する。肯定判定した場合には、ステップＳ１６で地絡判定値Ａの学習処理をする。すなわち、図２に示されるように、ステップＳ１２で取得した交流信号の波高値を含めたｎ回分の波高値の平均値を算出して、地絡判定値Ａを設定する。なお今回設定された地絡判定値Ａは、次回の地絡判定の際の判定基準に使用される。 In step S16, it is determined whether or not the corrected peak value V11 is equal to or greater than the ground fault determination value A. If the determination is affirmative, the ground fault determination value A is learned in step S16. That is, as shown in FIG. 2, an average value of n peak values including the peak value of the AC signal acquired in step S12 is calculated, and the ground fault determination value A is set. The ground fault determination value A set this time is used as a determination criterion for the next ground fault determination.
ステップＳ１６で否定判定した場合、ステップＳ２０に進み、ＳＭＲ１５を開閉（オンオフ）させて、その際の交流信号の波高値の変化を検出する。ステップＳ２１では、ＳＭＲ１５が正常か否かを判定する。すなわちＳＭＲ１５のオンオフに伴い交流信号の波高値が変化した場合には、ＳＭＲ１５は正常であると判定する。一方、ＳＭＲ２５のオンオフに伴い交流信号の波高値が変化しなかった場合には、ＳＭＲ１５は異常であると判定する。
When a negative determination is made in step S16, the process proceeds to step S20, where the
ステップＳ２１でＳＭＲ１５が正常の場合には、ステップＳ２２で地絡異常であると判定する。この場合、地絡異常が生じている旨の情報を出力する。ステップＳ２１でＳＭＲ１５が異常の場合には、ステップＳ２３でＳＭＲ１５のオン故障であると判定する。この場合、ＳＭＲ１５にオン故障が生じている旨の情報を出力する。なおステップＳ１０，Ｓ１３で否定判定した場合には処理を終了する。
If
次に図７のタイミングチャートを用いて上記処理の実行例を説明する。なお以下の処理はＩＧスイッチがオンの際に、所定の周期で繰り返し実施される。なお初期状態ではＳＭＲ１５はオフであり、発振回路２１からは第１周波数ｆ１の交流信号が出力される。
Next, an example of execution of the above process will be described using the timing chart of FIG. The following processing is repeatedly performed at a predetermined cycle when the IG switch is on. In the initial state, the
時刻ｔ１でＩＧスイッチがオンとされると、発振回路２１から第１周波数ｆ１（＝２Ｈｚ）の交流信号が出力される。また制御装置２６の処理が開始されて、交流信号のＡ／Ｄ変換や、デジタルフィルタ２７でのノイズ除去が実施され、第１波高値Ｖ１が検出される。
When the IG switch is turned on at time t1, the
この際、第１波高値Ｖ１が超過判定領域に含まれる頻度が所定以上の場合には、ノイズが重畳された状態であり、その交流信号を用いた処理を実施しない無効化処理が実施される。この際、第１波高値Ｖ１がノイズ重畳状態であることを示す信号が出力されてもよい。第１波高値Ｖ１が超過判定領域に含まれる頻度が所定未満の場合には、その交流信号を地絡判定に使用すると判定される。 At this time, if the frequency at which the first peak value V1 is included in the excess determination region is greater than or equal to a predetermined value, noise is superimposed and invalidation processing that does not perform processing using the AC signal is performed. . At this time, a signal indicating that the first peak value V1 is in a noise superimposed state may be output. When the frequency at which the first peak value V1 is included in the excess determination region is less than a predetermined value, it is determined that the AC signal is used for ground fault determination.
交流信号を地絡判定に使用すると判定された場合、発振回路２１の第１周波数ｆ１からｆ２に一旦変更され、その際の交流信号の第２波高値Ｖ２が検出される。そして交流信号の波高値の差ΔＶから、浮遊容量Ｃｇ０が推定され、浮遊容量Ｃｇ０の推定値を用いて補正後の波高値Ｖ１１が算出される。
When it is determined that the AC signal is used for ground fault determination, the first frequency f1 of the
補正後の波高値Ｖ１１が地絡判定値Ａ以上であると判定されると、すなわち地絡が発生していないと判定されると、今回取得した交流信号の波高値を含めたｎ回分の波高値の平均値が算出される。この場合、次回の地絡判定の際に、更新済の地絡判定値Ａが使用される。 When it is determined that the corrected peak value V11 is greater than or equal to the ground fault determination value A, that is, when it is determined that a ground fault has not occurred, the waves for n times including the peak value of the AC signal acquired this time The average of the high values is calculated. In this case, the updated ground fault determination value A is used in the next ground fault determination.
一方、波高値Ｖ１１が地絡判定値Ａ未満と判定された場合には、ＳＭＲ１５が開閉されて、交流信号の波高値の変化が検出される。この際、ＳＭＲ１５を動かしても交流信号の波高値が変動しなかったことが検出された場合には、ＳＭＲ１５のオン故障異常が判定される。一方、交流信号の波高値が変動した場合には、地絡異常と判定される。
On the other hand, when it is determined that the peak value V11 is less than the ground fault determination value A, the
ＳＭＲ１５が正常と判定された場合、時刻ｔ２で図示を略す上位ＥＣＵからの指令信号を受けて、ＳＭＲ１５がオンに切り替えられる。なおＳＭＲ１５の接続／遮断は、正極側と負極側のＳＭＲ１５が同時に切り替えられてもよく、片側ずつ順番に切り替えられてもよい。
When it is determined that the
そして、ＩＧスイッチ及びＳＭＲ１５の両方がオンとなると、バッテリ１１と電気負荷１０とが電気的に接続され車両走行が可能な状態となる。この際、図示を略すアクセルセンサからの検出信号に基づきＭＧの駆動が制御されて車両が走行する。
When both the IG switch and the
そして時刻ｔ３で、ＩＧオフに切り替えられた後、時刻ｔ４でＳＭＲ１５がオフに切り替えられる。
Then, after the IG is switched off at time t3, the
上記によれば以下の優れた効果を奏することができる。 According to the above, the following excellent effects can be achieved.
・例えば製品の製造時に決定されている地絡判定値を用いてバッテリ１１の地絡判定を実施する場合、バッテリ１１の個体差や経年劣化などに伴う対地絶縁抵抗３０のばらつきや、地絡判定装置２の各素子の個体差や劣化によるばらつきなどが生じていると、それが、地絡判定の精度に影響してしまう。そこで、地絡判定装置２で検出した交流信号の波高値を用いて地絡判定値を設定する。この場合、バッテリ１１や地絡判定装置２の個体差や経年劣化などに起因する地絡判定の誤差を抑えることができ、地絡判定の精度を高めることができる。
For example, when the ground fault determination of the battery 11 is performed using the ground fault determination value determined at the time of manufacture of the product, the variation in the ground insulation resistance 30 due to the individual difference of the battery 11 or aging deterioration, or the ground fault determination If there is an individual difference or a variation due to deterioration of each element of the
・バッテリ１１と電気負荷１０とを接続するＳＭＲ１５の開閉状態によって、抵抗２２の分圧により検出される交流信号の波高値に差が生じ、バッテリ１１の地絡判定の精度に影響が及ぶ。そこでＳＭＲ１５が開状態の際に取得した交流信号の波高値を用いて地絡判定値を更新することで、より適切なる地絡判定の実施が可能となる。
Depending on the open / closed state of the
・ＳＭＲ１５は接続状態の切替時などに発生する熱で溶着などによるオン故障が生じうる。ＳＭＲ１５のオン故障が生じると、バッテリ１１と電気負荷１０とが意図せずに接続状態のままとなるため、地絡判定の精度に影響が及ぶ。すなわち、オン故障が生じた場合にも、交流電圧の波高値が低下してしまうため、地絡が生じていると誤判定されるおそれがある。そこでバッテリ１１が地絡していると判定された際、ＳＭＲ１５を駆動して交流信号の波高値が変化したか否かに応じてＳＭＲ１５のオン故障を判定する。この場合、地絡であるかＳＭＲ１５のオン故障であるかを特定することができ、地絡判定の精度を高めることができる。
The
・バッテリ１１に地絡が生じていないと判定された際の波高値を用いて地絡判定値が設定され、その地絡判定値により地絡判定が行われるため、地絡判定を適切に実施できる。 ・ The ground fault determination value is set using the peak value when it is determined that no ground fault has occurred in the battery 11, and the ground fault determination is performed based on the ground fault determination value. it can.
・車両の使用に応じて経年劣化が生じても、それに対する適切な対処が可能となる。 -Even if aged deterioration occurs depending on the use of the vehicle, it is possible to take appropriate measures against it.
また本実施形態は、上記に限定されず以下のように実施されてもよい。 The present embodiment is not limited to the above, and may be implemented as follows.
・上記では、波高値Ｖ１１が地絡判定値Ａ未満となった場合に、ＳＭＲ１５を開閉させて地絡かＳＭＲ１５のオン故障かを判別している。これ以外にも、地絡判定用の判定基準とＳＭＲ１５のオン故障判定用の判定基準とを個別に設けて、波高値Ｖ１１と各判定基準との比較により、地絡又はＳＭＲ１５のオン故障が判定されてもよい。
In the above description, when the peak value V11 becomes less than the ground fault determination value A, the
・ＳＭＲ１５に溶着などのオン故障が生じている場合には、バッテリ１１の対地絶縁抵抗３０と電気負荷１０の対地絶縁抵抗３１とが並列接続状態となり、地絡判定装置２による地絡判定を実施する場合における容量インピーダンスが浮遊容量Ｃｇ１によって変わる。そこで、容量インピーダンスが発振回路２１の周波数に応じて変わることを利用して、ＳＭＲ１５のオン故障の有無を判定してもよい。すなわち、ＳＭＲ１５がオフの際に発振回路２１の発振周波数を変化させる。この際、ＳＭＲ１５にオン故障が生じていると、ＳＭＲ１５にオン故障が生じていない場合に比べて、浮遊容量Ｃｇ１による容量インピーダンスの変動分だけ、交流信号の波高値の変化が大きくなる。そこで、ＳＭＲ１５をオンオフした際の交流信号の波高値の変動の大きさを利用して、ＳＭＲ１５のオン故障を判定してもよい。
When an on failure such as welding occurs in the
・上記では、時系列のｎ個の波高値について地絡判定値Ａを算出しているが、車両の使用開始から取得した全波高値について地絡判定値Ａを算出してもよい。 In the above description, the ground fault determination value A is calculated for n time-series peak values, but the ground fault determination value A may be calculated for all peak values acquired from the start of use of the vehicle.
・図６において、例えばステップＳ１０の後に、インバータ１３等の電気負荷１０が動作していないか否かが判定されてもよい。この場合、電気負荷１０の動作状態で地絡判定が実施されることを回避できる。
In FIG. 6, for example, after step S <b> 10, it may be determined whether or not the
・上記において、ＩＧオフとなった後に、ＳＭＲ１５がオフに切り替えられているが、ＭＲ１５がオフとなった後、ＩＧオフに切り替えられてもよい。
In the above description, the
・上記では、浮遊容量Ｃｇ０の推定値を用いて、補正後の波高値Ｖ１１を算出する例を示した。これ以外にも差ΔＶを用いて補正後の波高値Ｖ１１が直接算出されてもよい。この場合、ＲＯＭには差ΔＶから補正後の波高値Ｖ１１を算出するための演算式やマップ等が記憶される。 In the above, an example in which the corrected peak value V11 is calculated using the estimated value of the stray capacitance Cg0 is shown. In addition to this, the corrected peak value V11 may be directly calculated using the difference ΔV. In this case, the ROM stores an arithmetic expression, a map, and the like for calculating the corrected peak value V11 from the difference ΔV.
・上記では、車両の動作開始の都度に、交流信号の波高値ｐを検出するとしたが、車両の動作終了時の都度に、交流信号の波高値ｐが検出されてもよい。又は車両の動作開始時及び終了時の両方において交流信号の波高値ｐを検出して、これらを用いて地絡判定値が設定されてもよい。 In the above description, the peak value p of the AC signal is detected every time the operation of the vehicle starts. However, the peak value p of the AC signal may be detected every time the operation of the vehicle ends. Alternatively, the peak value p of the AC signal may be detected both at the start and end of the operation of the vehicle, and the ground fault determination value may be set using these.
１…高電圧回路、２１…発振回路、２３…カップリングコンデンサ、２６…制御装置。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記交流信号出力手段と前記対地絶縁抵抗との間に設けられたカップリングコンデンサ（２３）と、
前記交流信号出力手段と前記カップリングコンデンサとの間で前記交流信号を取り込み、当該交流信号の波高値を算出する波高値算出手段（２６）と、
前記波高値算出手段により算出した前記波高値と所定の地絡判定値との比較により前記高電圧部の地絡判定を実施する地絡判定手段（２６）と、
前記交流信号の波高値が前記地絡判定値よりも大きく、前記地絡判定手段が地絡が発生していないと判定する所定条件が成立した際に、その地絡判定に使用した前記交流信号の波高値を用いて、前記地絡判定手段による次回の地絡判定の際の前記地絡判定値を設定する判定値設定手段（２６）と、
を備えることを特徴とする地絡判定装置。AC signal output means (21) for outputting an AC signal having a predetermined oscillation frequency applied to the ground insulation resistance (30) of the high voltage section (11);
A coupling capacitor (23) provided between the AC signal output means and the ground insulation resistance;
A peak value calculating means (26) for taking in the AC signal between the AC signal output means and the coupling capacitor and calculating a peak value of the AC signal;
A ground fault determination means (26) for performing a ground fault determination of the high voltage portion by comparing the peak value calculated by the peak value calculation means and a predetermined ground fault determination value;
The AC signal used for the ground fault determination when the peak value of the AC signal is larger than the ground fault determination value and a predetermined condition is determined that the ground fault determination means determines that no ground fault has occurred. using the peak value, the determination value setting means for setting said destination絡判value during the next ground determining by the grounding determination means (26),
A ground fault determination device comprising:
前記判定値設定手段は、前記切替手段がオフの際に前記波高値算出手段により算出した前記交流信号の波高値を用いて、前記地絡判定値を設定する請求項１に記載の地絡判定装置。 Comprising a switching means (15) for switching an electrical connection state between the high voltage section and an electric load (10) to which power of the high voltage section is supplied,
2. The ground fault determination according to claim 1, wherein the determination value setting unit sets the ground fault determination value using a peak value of the AC signal calculated by the peak value calculation unit when the switching unit is off. apparatus.
前記交流信号出力手段と前記対地絶縁抵抗との間に設けられたカップリングコンデンサ（２３）と、A coupling capacitor (23) provided between the AC signal output means and the ground insulation resistance;
前記交流信号出力手段と前記カップリングコンデンサとの間で前記交流信号を取り込み、当該交流信号の波高値を算出する波高値算出手段（２６）と、A peak value calculating means (26) for taking in the AC signal between the AC signal output means and the coupling capacitor and calculating a peak value of the AC signal;
前記波高値算出手段により算出した前記波高値と所定の地絡判定値との比較により前記高電圧部の地絡判定を実施する地絡判定手段（２６）と、A ground fault determination means (26) for performing a ground fault determination of the high voltage portion by comparing the peak value calculated by the peak value calculation means and a predetermined ground fault determination value;
所定条件の成立に応じて、前記波高値算出手段により算出した時系列の波高値を用いて、前記地絡判定値を設定する判定値設定手段（２６）と、A determination value setting means (26) for setting the ground fault determination value using a time-series peak value calculated by the peak value calculation means according to establishment of a predetermined condition;
前記高電圧部と前記高電圧部の電力が供給される電気負荷（１０）との電気的な接続状態を切り替える切替手段（１５）と、を備え、Switching means (15) for switching an electrical connection state between the high voltage unit and an electric load (10) to which power of the high voltage unit is supplied,
前記判定値設定手段は、前記切替手段がオフの際に前記波高値算出手段により算出した前記交流信号の波高値を用いて、前記地絡判定値を設定し、The determination value setting means sets the ground fault determination value using the peak value of the AC signal calculated by the peak value calculation means when the switching means is off,
前記地絡判定手段は、前記波高値算出手段で算出した前記波高値が前記地絡判定値以下となる場合に、前記切替手段を開閉させ、その開閉により、前記波高値が変化した場合には地絡であると判定し、前記波高値が変化しなかった場合には前記切替手段のオン故障であると判定することを特徴とする地絡判定装置。The ground fault determination means opens and closes the switching means when the peak value calculated by the peak value calculation means is less than or equal to the ground fault determination value, and when the peak value changes due to the opening and closing. A ground fault determination device that determines that a ground fault has occurred and determines that the switching means is on failure when the peak value does not change.
前記地絡判定手段は、前記所定条件が成立する都度、前記判定値設定手段により更新される前の前記地絡判定値の前回値を用いて前記地絡判定を実施する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の地絡判定装置。 The determination value setting unit updates the ground fault determination value to the current value based on the current peak value calculated by the peak value calculating unit and the previous peak value every time the predetermined condition is satisfied. Is,
It said ground fault judging means, wherein each time a predetermined condition is satisfied, of claims 1 to 4 implementing the grounding determined using the last value of the ground絡判value before being updated by the determination value setting means The ground fault determination apparatus of any one of Claims.
前記判定値設定手段は、前記車両の動作開始時及び動作終了時の少なくともいずれかであることを前記所定条件として、前記地絡判定値の設定を実施する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の地絡判定装置。 The high voltage unit is a battery (11) mounted on a vehicle,
The determination value setting means, that at least one of the operation start and operation end of the vehicle as the predetermined condition, any one of claims 1 to 5 performs the setting of the ground絡判value The ground fault determination apparatus as described in.
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