(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁された状態で車両に搭載される高電圧電源系（４０）の地絡検出を行う地絡検出装置であって、
故障診断用の抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）を介して前記高電圧電源系（４０）と前記車両の車体（６０）とを電気的に接続することにより前記高電圧電源系（４０）に擬似絶縁抵抗低下を発生させる擬似絶縁抵抗低下手段（１０）と、
前記擬似絶縁抵抗低下の発生時に前記高電圧電源系（４０）と前記抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）とを結ぶ配線経路（１２）に所定の信号を入力したときの応答を検出信号として取得すると共に、この検出信号が前記抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）の抵抗値に応じて設定された正常範囲に含まれるかを判定し、前記検出信号が前記正常範囲に含まれない場合は異常であると判定する判定手段（３０）と、を備え、
前記判定手段（３０）は、前記検出信号が前記正常範囲に含まれる場合は、前記検出信号が示す値を真値として前記正常範囲を補正することを特徴とする地絡検出装置。
【請求項２】
前記擬似絶縁抵抗低下手段（１０）は、前記抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）の抵抗値を変化させることにより、前記擬似絶縁抵抗低下を複数のパターンで実施し、
前記判定手段（３０）は、前記複数のパターンのうち２つ以上のパターンの検出信号を結んだ線が前記正常範囲内に位置している場合に前記正常範囲を補正することを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地絡を検出するための地絡検出装置に関し、特に故障診断機能を備えた地絡検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、システム自体が正常に作動しているか否かを自己診断できる地絡検知システムが、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、抵抗を介してバッテリと車体とを接続することで地絡を模擬的に実施するための地絡試行回路と、バッテリに接続されたバッテリ母線に所定の矩形波を印加したときの応答電圧と基準電圧とを比較することにより地絡を検出する地絡検知器と、を備えた構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２２１３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、基準電圧との比較により地絡を検出しているので、地絡検出が出来るかどうかの故障検知は可能であるが、経年劣化や温度特性の変化に伴う誤差による精度のズレの検出を行うことができず、その補正を行うこともできないという問題がある。また、１点の基準電圧での擬似地絡であり、この地絡判定値（基準電圧）の周辺の検出しかできないという問題がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑み、故障診断において故障の判定精度を向上させることができる地絡検出装置を提供することを第１の目的とする。また、故障診断において、経年劣化や温度特性による判定誤差を補正することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、絶縁された状態で車両に搭載される高電圧電源系（４０）の地絡検出を行う地絡検出装置であって、故障診断用の抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）を介して前記高電圧電源系（４０）と前記車両の車体（６０）とを電気的に接続することにより前記高電圧電源系（４０）に擬似絶縁抵抗低下を発生させる擬似絶縁抵抗低下手段（１０）を備えている。
【０００７】
また、擬似絶縁抵抗低下の発生時に高電圧電源系（４０）と抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）とを結ぶ配線経路（１２）に所定の信号を入力したときの応答を検出信号として取得すると共に、この検出信号が抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）の抵抗値に応じて設定された正常範囲に含まれるかを判定し、検出信号が正常範囲に含まれない場合は異常であると判定する判定手段（３０）を備えていることを特徴とする。
【０００８】
これによると、異常を判定するための判定値が１値ではなく、正常であると言える幅を持った範囲に設定されているので、検出信号が正常範囲である設計公差範囲外であれば故障であると判定することができる。したがって、故障の判定精度を向上させることができる。
【０００９】
また、請求項１に記載の発明では、判定手段（３０）は、検出信号が正常範囲に含まれる場合は、検出信号が示す値を真値として正常範囲を補正することを特徴とする。
【００１０】
これにより、温度特性や劣化特性による誤差に対して正常範囲を補正することができる。このような補正により、故障の判定精度を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、擬似絶縁抵抗低下手段（１０）は、抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）の抵抗値を変化させることにより、擬似絶縁抵抗低下を複数のパターンで実施し、判定手段（３０）は、複数のパターンのうち２つ以上のパターンの検出信号を結んだ線が正常範囲内に位置している場合に正常範囲を補正することを特徴とする。
【００１２】
これによると、抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）の抵抗値に応じたレベルの検出信号によって故障が診断されるので、故障判定精度を向上させることができる。また、複数の検出信号が得られることからこれらを結ぶ線での故障判定が可能となるので、故障判定の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る地絡検出装置を含んだ全体システム図である。
【図２】信号出力部および信号入力部で取り扱う信号の波形を示した図である。
【図３】故障診断の内容を表したフローチャートである。
【図４】２個の抵抗の合成抵抗値（擬似地絡抵抗Ｒ）と検出信号との相関関係を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る地絡検出装置を含んだ全体システム図である。
【図６】３個の抵抗の合成抵抗値（擬似地絡抵抗Ｒ）と検出信号との相関関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る地絡検出装置は、高電圧バッテリ等の地絡を検出するための装置であり、例えばハイブリッド車等の電気自動車の高電圧電源系の地絡を検出する際に適用される。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る地絡検出装置を含んだ全体システム図である。この図に示されるように、地絡検出装置は、擬似絶縁抵抗低下部１０と、抵抗２０と、制御部３０と、を備えて構成されている。
【００１８】
擬似絶縁抵抗低下部１０は、絶縁された状態で車両に搭載される高電圧電源系４０（図１のHV battery）に対して、端子５０を介して接続されている。高電圧電源系４０は、充電可能なリチウムイオン二次電池が複数直列接続されて構成された電池群である。高電圧電源系４０は例えば３００Ｖ前後の高電圧を発生させ、負荷を動作させるために使用される。
【００１９】
擬似絶縁抵抗低下部１０は、端子５０に接続されたコンデンサ１１と、２個の抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２と、２個のスイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２と、を備えている。
【００２０】
コンデンサ１１は、高電圧電源系４０と地絡検出装置とを絶縁する役割を果たす。コンデンサ１１の一方の電極が端子５０に接続され、他方の電極が抵抗２０に接続されている。
【００２１】
抵抗Ｒ１とスイッチＳＷ１とが直列接続され、抵抗Ｒ１がコンデンサ１１の他方の電極に接続されている。同様に、抵抗Ｒ２とスイッチＳＷ２とが直列接続され、抵抗Ｒ２がコンデンサ１１の他方の電極に接続されている。各スイッチＳＷ１、ＳＷ２は車体６０に接続されている。
【００２２】
すなわち、擬似絶縁抵抗低下部１０は、各スイッチＳＷ１、ＳＷ２のいずれかがＯＮすることにより、各抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して高電圧電源系４０と車体６０とを電気的に接続して高電圧電源系４０に擬似絶縁抵抗低下を発生させる構成となっている。各スイッチＳＷ１、ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦは制御部３０によって制御される。
【００２３】
制御部３０は、高電圧電源系４０の地絡の判定を行うものである。制御部３０は、信号出力部３１および信号入力部３２の他に図示しないＡ／Ｄ変換器およびマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）を備えている。
【００２４】
信号出力部３１は、矩形波の電圧信号を生成および出力する回路部である。矩形波は抵抗２０を介して抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２が接続された配線経路１２に出力される。なお、この配線経路１２は、高電圧電源系４０と抵抗Ｒ１、Ｒ２とを結ぶ配線であり、より具体的にはコンデンサ１１の他方の電極と抵抗２０とを結ぶ配線である。
【００２５】
図２は、信号出力部３１および信号入力部３２で取り扱う信号の波形を示したものである。図２（ａ）に示されるように、信号出力部３１は矩形波を出力する。
【００２６】
信号入力部３２は、配線経路１２からの応答を検出信号として取得する回路部である。具体的には、信号入力部３２は抵抗２０とコンデンサ１１との間の接続点の電圧を検出信号として入力する。信号入力部３２は、取得した検出信号をＡ／Ｄ変換器に出力する。
【００２７】
図２（ｂ）〜図２（ｄ）は信号入力部３２が入力する信号を示している。図２（ｂ）に示されるように、擬似絶縁抵抗低下部１０の各スイッチＳＷ１、ＳＷ２がＯＦＦの場合には信号出力部３１から出力された矩形波が信号入力部３２に入力される。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器は信号入力部３２で検出された検出信号をデジタル信号に変換してマイコンに入力する。マイコンは、Ａ／Ｄ変換器から入力した検出信号に基づいて地絡の有無を判定する制御回路である。
【００２９】
また、マイコンは、Ａ／Ｄ変換器から入力した検出信号に基づいて地絡検出の異常を判定する自己診断機能も備えている。図２（ｃ）に示されるように、検出信号として取得された矩形波が正常範囲（設計公差範囲）に含まれる場合、マイコンは装置が機能正常であると判定する。なお、マイコンは、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って地絡検出や自己診断を行うように設定されている。
【００３０】
本発明では、検出信号が正常範囲に含まれる場合、マイコンは検出信号が示す電圧値を真値として正常範囲を補正する機能も備えている。本来であれば検出信号は常に出荷時の値を示すことが理想であるが、温度特性や劣化特性によって誤差が生じたとしても正常には変わりはないので、現在の検出信号が示す値を真値として正常範囲を補正（更新）する。
【００３１】
また、マイコンは検出信号が抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値に応じて予め設定された正常範囲に含まれるかを判定する。そして、検出信号が正常範囲に含まれない場合、マイコンは異常が生じていると判定する。図２（ｄ）に示されるように、検出信号として取得された矩形波が正常範囲から外れる場合、マイコンは装置が機能異常（故障）であると判定する。
【００３２】
そして、マイコンは、擬似絶縁抵抗低下部１０の各スイッチＳＷ１、ＳＷ２を制御して抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の合成抵抗値を変化させることにより、擬似絶縁抵抗低下を複数のパターンで実施する。擬似絶縁抵抗低下部１０には２個のスイッチＳＷ１、ＳＷ２が設けられているので、マイコンは３つのパターンの擬似絶縁抵抗低下を起こさせることができる。
【００３３】
このように、複数のパターンで擬似絶縁抵抗低下を起こさせる場合、パターン毎に正常範囲が設定される。したがって、マイコンは、パターン毎に図２（ｃ）に示す正常判定や図２（ｄ）に示す異常判定を行う。
【００３４】
以上が、本実施形態に係る地絡検出装置およびシステムの全体構成である。このような地絡検出装置では、信号入力部３２で生成された矩形波を配線経路１２に出力し、抵抗２０とコンデンサ１１との間の接続点の電圧を信号入力部３２で取得し、この電圧に基づいて高電圧電源系４０の地絡検出を行う。
【００３５】
次に、地絡検出装置の故障診断の作動について、図３および図４を参照して説明する。図３は、マイコンが実行する内容を表したフローチャートである。図４は、２個の抵抗Ｒ１、Ｒ２の合成抵抗値（擬似地絡抵抗Ｒ）と検出信号との相関関係を示した図である。
【００３６】
ここで、抵抗Ｒ１の抵抗値を２００ｋΩとし、抵抗Ｒ２の抵抗値を３００ｋΩとする。これにより、スイッチＳＷ１がＯＮし、スイッチＳＷ２がＯＮしたときのパターンＡの擬似地絡抵抗Ｒは１２０ｋΩとなる。また、スイッチＳＷ１がＯＮし、スイッチＳＷ２がＯＦＦしたときのパターンＢの擬似地絡抵抗Ｒは２００ｋΩとなる。さらに、スイッチＳＷ１がＯＦＦし、スイッチＳＷ２がＯＮしたときのパターンＣの擬似地絡抵抗Ｒは３００ｋΩとなる。
【００３７】
図３に示すフローチャートは、例えば地絡検出装置の起動時や上位ＥＣＵの指令に従ってスタートする。
【００３８】
まず、ステップ１００では、自己診断可能か否かが判定される。ハイブリッド車等では高電圧電源系４０でノイズが発生するような状況での故障診断は好ましくないためである。例えば、イグニッションオン時やスタート時等が好ましい。本ステップではこのような状況にあるか否かが判定される。
【００３９】
そして、自己診断不可能であると判定されると自己診断が可能となるまでステップ１００を繰り返し、自己診断可能であると判定されるとステップ１１０に進む。
【００４０】
ステップ１１０では、擬似地絡発生が行われる。すなわち、マイコンにより上述の３つのパターンにスイッチＳＷ１、ＳＷ２が制御される。これにより、各パターンでの検出信号がそれぞれ取得される。
【００４１】
ステップ１２０では、ステップ１１０で取得された検出信号が示す電圧値が正常範囲内に含まれるか否かが判定される。「正常範囲」とは、設計上、この範囲内なら劣化を含めた部品公差内であると言える範囲である。この正常範囲のデータは、地絡検出装置の製造時に予めマイコンに記憶されている。
【００４２】
そして、少なくとも１つのパターンで検出信号が示す電圧値がそれぞれ正常範囲内に含まれない場合はステップ１３０に進み、地絡検出装置の異常判定がなされる。この場合は、マイコンから上位ＥＣＵ等にその報告がなされる。異常判定の場合は検出信号が示す電圧値が図４に示される正常範囲内に含まれない場合となる。こうして図３に示すフローチャートが終了する。
【００４３】
なお、図４において、３００ｋΩ以上の「安全領域」ではユーザがシステムに触れても問題ない領域であり、１２０ｋΩ以下の「危険領域」ではユーザがシステムに触れると感電する領域である。また、「中間領域」は安全と危険との間のグレーゾーンであり、ユーザはシステムに触れないほうが良い領域である。
【００４４】
これに対し、ステップ１２０において全てのパターンで検出信号が示す電圧値が正常範囲内に含まれる場合はステップ１４０に進む。これは図４に示される場合である。図４では全てのパターンＡ、Ｂ、Ｃで検出信号が示す電圧値がそれぞれ正常範囲内に含まれている。
【００４５】
そして、ステップ１４０では、補正可能か否かが判定される。補正可能か否かは、各パターンの検出信号を結んだ線が正常範囲内に位置しているか否かで判定される。図４に示されるように、出荷時に３点を結んだ線は正常範囲内に位置している。このような場合は補正可能であるとして、ステップ１５０に進む。なお、結ぶ点は３点でなく、２点でも良い。
【００４６】
ステップ１５０では、補正が実施される。「補正」とは、現在の検出信号が示す電圧値を真値として補正することである。
【００４７】
温度特性や経年劣化による誤差が生じると、図４のパターンＡやパターンＣのように検出信号が示す電圧値が出荷時の値からずれる。このようなずれが生じたとしても、本ステップにおいて真値を補正することにより、温度特性や経年劣化に伴うずれに対応することができる。こうして、図３に示すフローチャートが終了する。
【００４８】
一方、ステップ１４０において、３点ないし２点の検出信号を結んだ線が正常範囲から外れる場合はステップ１６０に進む。ステップ１６０では、補正を実施せずに診断回路異常が上位ＥＣＵ等に報告される。検出信号を結んだ線が正常範囲から外れるということは、地絡検出回路自体の特性故障もしくは、擬似絶縁抵抗低下部１０の抵抗Ｒ１や抵抗Ｒ２の抵抗値にずれが生じている等の回路異常が発生していると考えられる。したがって、このような場合には真値の補正をせずに異常の報告がなされ、図３に示すフローチャートが終了する。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態では、地絡検出装置の故障診断機能において、検出信号が正常範囲内に含まれていない場合は異常であると判定することが特徴となっている。このように、異常を判定するための判定値が幅を持った範囲に設定されているので、検出信号が正常範囲外であれば故障であると判定することができる。また、検出信号が正常範囲内に含まれていれば、その検出信号を真値とすることで温度特性や劣化特性による誤差に対して補正することができる。したがって、故障の判定精度を向上させることができる。
【００５０】
また、擬似絶縁抵抗低下部１０の各スイッチＳＷ１、ＳＷ２の切り替えにより、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の合成抵抗値を複数のパターンに変更できるので、複数の検出信号を結ぶ線での故障判定が可能となる。このため、故障判定の信頼性を向上させることができる。
【００５１】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２が特許請求の範囲の「故障診断用の抵抗」に対応し、異常を判定するマイコンを備えた制御部３０が特許請求の範囲の「判定手段」に対応する。また、擬似絶縁抵抗低下部１０が特許請求の範囲の「擬似絶縁抵抗低下手段」に対応する。
【００５２】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。第１実施形態では、擬似絶縁抵抗低下部１０の各抵抗Ｒ１、Ｒ２は並列接続されていたが、本実施形態では直列接続されている。以下、その構成について説明する。
【００５３】
図５は、本実施形態に係る地絡検出装置を含んだ全体システム図である。この図に示されるように、擬似絶縁抵抗低下部１０は直列接続された３つの抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、および抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ１に並列接続されたスイッチＳＷ１と、抵抗Ｒ２に並列接続されたスイッチＳＷ２と、抵抗Ｒ３に接続されたスイッチＳＷ３と、を備えて構成されている。
【００５４】
抵抗Ｒ１〜Ｒ３とスイッチＳＷ３が直列接続されている。また、抵抗Ｒ１がコンデンサ１１と抵抗２０との間の接続点に接続され、スイッチＳＷ３が車体６０に接続されている。
【００５５】
スイッチＳＷ３は単体で高電圧電源系４０側と車体６０側とを絶縁する必要があるので、高耐圧のものが用いられる。スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２は抵抗Ｒ１〜Ｒ３によって分圧されるので、スイッチＳＷ３ほどの耐圧は必要ない。
【００５６】
なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は制御部３０のマイコンによって制御される。また、擬似絶縁抵抗低下部１０以外の他の構成は図１に示された構成と同じである。
【００５７】
図６は、３個の抵抗Ｒ１〜Ｒ３の合成抵抗値（擬似地絡抵抗Ｒ）と検出信号との相関関係を示した図である。本実施形態では、各抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値をそれぞれ１００ｋΩとする。これにより、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３がＯＮしたときのパターンＡの擬似地絡抵抗Ｒは１００ｋΩとなる。また、スイッチＳＷ１がＯＦＦし、スイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ３がＯＮしたときのパターンＢの擬似地絡抵抗Ｒは２００ｋΩとなる。さらに、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２がＯＦＦし、スイッチＳＷ３がＯＮしたときのパターンＣの擬似地絡抵抗Ｒは３００ｋΩとなる。
【００５８】
このように、各抵抗Ｒ１〜Ｒ３が直列接続される構成では、３個の抵抗Ｒ１〜Ｒ３の合成抵抗値（擬似地絡抵抗Ｒ）を設定しやすいという利点がある。
【００５９】
以上のように、擬似絶縁抵抗低下部１０の各抵抗Ｒ１〜Ｒ３を直列接続した構成においても、検出信号が正常範囲内であるか否かを判定することにより、故障の判定精度を向上させることができる。
【００６０】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、抵抗Ｒ１〜Ｒ３が特許請求の範囲の「故障診断用の抵抗」に対応する。
【００６１】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、擬似絶縁抵抗低下部１０におけるスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の数は２個ないし３個ではなく１個でも良い。このような場合には、図４や図６に示される危険領域の１点のみを検出する構成とすることが好ましい。
【００６２】
また、擬似絶縁抵抗低下部１０にコンデンサ１１が備えられた構成となっているが、これは構成の一例であり、コンデンサ１１は擬似絶縁抵抗低下部１０に含まれていなくても良い。
【００６３】
さらに、合成抵抗値（擬似地絡抵抗Ｒ）のパターンについても３つのパターンに限らない。１つのパターンを採用する構成でも良いし、４つ以上のパターンを採用する構成でも良い。
【符号の説明】
【００６４】
１０        擬似絶縁抵抗低下部（擬似絶縁抵抗低下手段）
１２        配線経路
３０        制御部（判定手段）
４０        高電圧電源系
６０        車体
Ｒ１〜Ｒ３  抵抗
【図１】
0005569492.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005569492.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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