(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）の地絡を検出する地絡検出手段（３０）と、
前記地絡検出手段（３０）の故障診断時に、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擬似絶縁抵抗低下を発生させる地絡施行回路（２０）と、を有し、
前記地絡検出手段（３０）と前記地絡施行回路（２０）とは別々の配線（５０〜５３）により前記高電圧電源系（４０）にそれぞれ接続されている地絡検出装置であって、
前記地絡施行回路（２０）は、前記高電圧電源系（４０）に対して複数設けられており、それぞれの地絡施行回路（２０）がそれぞれ別々の配線（５０、５２）で接続されており、
前記高電圧電源系（４０）は、複数の電池が直列接続されて構成されており、
前記複数の地絡施行回路（２０）のうちの１つが前記複数の電池の中間電位に接続されることを特徴とする地絡検出装置。
【請求項２】
前記別々の配線（５０〜５３）は、前記高電圧電源系（４０）の電圧を検出するための配線と共通の配線であることを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
【請求項３】
前記地絡施行回路（２０）は、少なくともスイッチ（２２）と抵抗（２１）とを備えて構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の地絡検出装置。
【請求項４】
前記地絡施行回路（２０）は、さらに、コンデンサ（２３）を備えて構成されていることを特徴とする請求項３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、地絡試行回路と地絡検出器とはバッテリ母線のみで接続された構成となっているので、バッテリ母線の配線断線箇所によっては地絡診断が実施できないという問題がある。
【０００５】
また、バッテリ母線に接続されたスイッチと抵抗とで構成される地絡試行回路の場合、実際に車両地絡を発生させており、絶縁安全上好ましくない。抵抗の抵抗値が低減する故障が発生した場合は、安全な条件で地絡を発生できなくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、故障診断において、配線断線時にも故障診断を行う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、故障診断時の安全性を確保することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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）の地絡を検出する地絡検出手段（３０）を有している。また、地絡検出手段（３０）の故障診断時に、高電圧電源系（４０）と車両の車体（６０）とを電気的に接続することにより擬似絶縁抵抗低下を発生させる地絡施行回路（２０）を有している。
【０００８】
そして、地絡検出手段（３０）と地絡施行回路（２０）とは別々の配線（５０〜５３）により高電圧電源系（４０）にそれぞれ接続されていることを特徴とする。
【０００９】
これによると、地絡検出手段（３０）と地絡施行回路（２０）とはそれぞれ独立した経路によって高電圧電源系（４０）と電気的に接続されているので、地絡施行回路（２０）と高電圧電源系（４０）との間で断線が生じたとしても地絡検出手段（３０）によって故障検知を行うことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、別々の配線（５０〜５３）は、高電圧電源系（４０）の電圧を検出するための配線と共通の配線であることを特徴とする。
【００１１】
これによると、別々の配線（５０〜５３）を新たに用意する必要がなく、装置の構成が煩雑にならずに済む。また、高電圧電源系（４０）を構成する個々の電池の電圧を検出するための電圧検出線を利用しているので、「別々の配線（５０〜５３）」として複数の任意の配線を選択することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明のように、地絡施行回路（２０）は、少なくともスイッチ（２２）と抵抗（２１）とを備えた構成とすることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、地絡施行回路（２０）は、さらに、コンデンサ（２３）を備えて構成されていることを特徴とする。
【００１４】
これによると、コンデンサ（２３）によって高電圧電源系（４０）と車体（６０）とが絶縁されるので、直流的に絶縁された状態で地絡施行回路（２０）によって安全に地絡施行を行うことができる。
【００１７】
また、請求項１に記載の発明では、地絡施行回路（２０）は、高電圧電源系（４０）に対して複数設けられており、それぞれの地絡施行回路（２０）がそれぞれ別々の配線（５０、５２）で接続されていることを特徴とする。
【００１８】
これによると、地絡施行回路（２０）が複数設けられているので、故障診断の冗長性および信頼性を向上させることができる。
【００１９】
さらに、請求項１に記載の発明では、高電圧電源系（４０）は、複数の電池が直列接続されて構成されており、複数の地絡施行回路（２０）のうちの１つが複数の電池の中間電位に接続されることを特徴とする。
【００２０】
これによると、地絡施行回路（２０）を動作させたときの地絡施行時の高電圧コモン電位変動が少ないという利点がある。
【００２１】
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】
【００２２】
【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】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４】本発明の第３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５】本発明の第４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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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、第１端子１０と、第２端子１１と、地絡施行回路２０と、地絡検出部３０と、を備えて構成されている。
【００２６】
まず、地絡検出装置が接続される高電圧電源系４０（図１のHV battery）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り、絶縁された状態で車両に搭載される。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。
【００２７】
このような高電圧電源系４０において、直列接続された隣同士の電池では、高電圧側の電池の負極端子と低電圧側の電池の正極端子とが共通化されている。そして、最も高電圧側の電池の正極端子と、最も低電圧側の電池の負極端子と、これらの端子を除く各共通端子と、の各端子に対してそれぞれ配線が接続されている。各配線は、セル電圧を検出するための電圧検出線であり、図示しない電圧検出回路に接続されている。
【００２８】
第１端子１０および第２端子１１は、電池の各端子に接続されたいずれかの配線にそれぞれ接続されている。本実施形態では、第１端子１０が第１配線５０に接続され、第２端子１１が第２配線５１に接続されている。これら第１配線５０および第２配線５１は電圧検出線である。
【００２９】
地絡施行回路２０は、高電圧電源系４０と車体６０とを電気的に接続することにより擬似絶縁抵抗低下を発生させる回路である。この地絡施行回路２０は、地絡検出部３０の故障診断時に用いられる。
【００３０】
地絡施行回路２０は、高電圧電源系４０に対して第１端子１０を介して接続されている。そして、地絡施行回路２０は、第１端子１０に接続された抵抗２１と、抵抗２１に接続されたスイッチ２２（図１のＳＷ）と、を備えている。スイッチ２２は車両の車体６０に接続されている。すなわち、抵抗２１およびスイッチ２２は第１端子１０と車体６０との間に直列接続されている。
【００３１】
このような構成によると、地絡施行回路２０は、スイッチ２２がＯＮすることにより、抵抗２１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。スイッチ２２のＯＮ／ＯＦＦは地絡検出部３０によって制御される。
【００３２】
地絡検出部３０は、高電圧電源系４０の地絡を検出するように構成されている。このような地絡検出部３０は、コンデンサ３１、抵抗３２、信号出力部３３、信号入力部３４、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。
【００３３】
コンデンサ３１は、高電圧電源系４０と地絡検出部３０とを絶縁する役割を果たす。コンデンサ３１の一方の電極が第２端子１１に接続され、他方の電極が抵抗３２に接続されている。
【００３４】
信号出力部３３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。抵抗３２とコンデンサ３１との接続点から信号入力部３４に繋がる配線が設けられており、信号出力部３３が出力した矩形波は抵抗３２を介して信号入力部３４に入力される。
【００３５】
図２は、信号出力部３３および信号入力部３４で取り扱う信号の波形を示したものである。信号出力部３３は図２（ａ）に示されるような矩形波を出力する。
【００３６】
信号入力部３４は、抵抗３２とコンデンサ３１との間の接続点の電圧を検出信号として取得する回路部である。また、信号入力部３４は、取得した検出信号をＡ／Ｄ変換器に出力する。
【００３７】
図２（ｂ）〜図２（ｄ）は信号入力部３４が入力する信号を示している。図２（ｂ）に示されるように、地絡施行回路２０のスイッチ２２がＯＦＦの場合には信号出力部３３から出力された矩形波がそのまま信号入力部３４に入力される。地絡検出の際には、検出信号が示す電圧値と地絡判定閾値との比較により地絡が検出される。
【００３８】
Ａ／Ｄ変換器は信号入力部３４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。
【００３９】
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。この場合、マイコンは地絡施行回路２０のスイッチ２２をＯＮし、信号出力部３３から矩形波を出力させる。
【００４０】
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地絡判定閾値を超えない場合、マイコンは装置が機能正常であると判定する。一方、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地絡判定閾値を超えた場合、マイコンは装置が機能異常（故障）であると判定する。
【００４１】
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。
【００４２】
上記の地絡施行回路２０と地絡検出部３０は、それぞれ別々の第１配線５０および第２配線５１により高電圧電源系４０にそれぞれ接続されている。上述のように、第１配線５０および第２配線５１は高電圧電源系４０の電圧を検出するための電圧検出線と共通になっている。
【００４３】
さらに、第１端子１０に接続された第１配線５０は、高電圧電源系４０を構成する複数の電池の中間電位に接続されている。つまり、地絡施行回路２０は、複数の電池の中間電位に接続されている。
【００４４】
ここで、「中間電位」とは、複数の意味を持っている。
（１）高電圧電源系４０が発生させる電圧の１／２の電圧を指す。例えば高電圧電源系４０が３００Ｖを発生させる場合は単純に１５０Ｖが中間電位となる。この場合は１５０Ｖとなる端子に第１配線５０が接続されている。なお、２分割したときの電池の数は同じでなくても良い。また、２分割した電圧値が絶対に半分の値になっている必要はなく、多少のずれがあっても良い。
（２）高電圧電源系４０を構成する複数の電池を高電圧側と低電圧側とで均等に２分割したときの分割位置が中間電位である。この場合は高電圧側と低電圧側とで電池の数が同じとなる。
（３）高電圧電源系４０を構成する複数の電池を高電圧側と低電圧側とで２分割したとき、複数の電池の数に応じて、高電圧側が低電圧側よりも電池の数が１個多い場合、高電圧側が低電圧側よりも電池の数が１個少ない場合、というように、電池の数が均等に２分割されないときも２分割と定義し、分割部分の電池の共通端子に第１配線５０が接続されることとなる。
【００４５】
このように、地絡施行回路２０を高電圧電源系４０の中間電位に接続することで、地絡施行回路２０を動作させたときの地絡施行時の高電圧コモン電位変動を少なくすることができる。
【００４６】
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、地絡検出を行う場合、地絡施行回路２０のスイッチ２２をＯＦＦし、信号入力部３４から矩形波を出力する。そして、抵抗３２とコンデンサ３１との間の接続点の電圧を検出信号として信号入力部３４で取得し、検出信号が示す電圧値と地絡判定閾値とを比較して高電圧電源系４０の地絡検出を行う。
【００４７】
また、地絡検出装置の故障を検出するための自己診断時には、地絡施行回路２０のスイッチ２２をＯＮして高電圧電源系４０に擬似絶縁抵抗低下を発生させる。このときに、信号入力部３４から矩形波を出力し、抵抗３２とコンデンサ３１との間の接続点の電圧を検出信号として信号入力部３４で取得する。そして、検出信号が示す電圧値と地絡判定閾値とを比較することにより、正常に地絡を検出しているか否かを判定する。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態では、地絡検出部３０と地絡施行回路２０とはそれぞれ電気的に異なる第１配線５０と第２配線５１との各経路によって高電圧電源系４０と接続されている。このため、地絡施行回路２０における故障や、地絡施行回路２０と高電圧電源系４０との間で第１配線５０の断線が生じたとしても地絡検出部３０によって故障検知を行うことができる。
【００４９】
また、高電圧電源系４０に対する接続については既存の電圧検出線である第１配線５０および第２配線５１を利用しているので、地絡施行回路２０と高電圧電源系４０とを接続するための新たな配線を用意する必要がないという利点がある。また、高電圧電源系４０を構成する個々の電池の電圧を検出するための電圧検出線であるので、「別々の配線５０、５１」として複数の電圧検出線に中から任意の配線を選択することができる。
【００５０】
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、地絡検出部３０が特許請求の範囲の「地絡検出手段」に対応する。
【００５１】
（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。図３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、地絡施行回路２０は、抵抗２１とスイッチ２２の他にコンデンサ２３を備えている。その他の構成は図１と同じである。
【００５２】
コンデンサ２３は第１端子１０と抵抗２１とを接続している。このように、第１端子１０にコンデンサ２３を接続することにより、高電圧電源系４０と車体６０とを絶縁することができるので、直流的に絶縁された状態で地絡施行回路２０によって安全に地絡施行を行うことができる。また、自己診断によりコンデンサ２３のオープン故障を検知することもできる。
【００５３】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図４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、本実施形態では、高電圧電源系４０に対して２つの地絡施行回路２０が設けられている。
【００５４】
一方の地絡施行回路２０は上述のように第２端子１１に接続されている。そして、地絡検出装置は第３端子１２を備えており、他方の地絡施行回路２０はこの第３端子１２に接続されている。この第３端子１２は複数の電圧検出線のうちの一つである第３配線５２に接続されている。
【００５５】
そして、それぞれの地絡施行回路２０はそれぞれ別々の第２配線５１と第３配線５２で高電圧電源系４０に接続されている。このため、いずれか一方が故障したとしても、他方が正常であれば擬似地絡を発生させることができる。すなわち、故障診断の冗長性および信頼性を向上させることができる。
【００５６】
また、２つの地絡施行回路２０のうちの１つが高電圧電源系４０を構成する複数の電池の中間電位に接続されている。このように、地絡検出装置に複数の地絡施行回路２０が設けられている場合は、１つが中間電位に接続されていれば良い。
【００５７】
（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。上記各実施形態では、地絡施行回路２０は地絡検出装置に設けられていたが、本実施形態に係る地絡施行回路２０は他の製品に備えられている。
【００５８】
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、高電圧電源系４０にはリレー７０（図５の「ＳＭＲ」）を介してインバータやＤＣＤＣ回路等の他の製品８０が接続されている。
【００５９】
また、リレー７０にはヒューズ８１が接続され、このヒューズ８１と車体６０との間に地絡施行回路２０が接続されている。本実施形態では、地絡施行回路２０はコンデンサ２３を含んだ構成になっている。地絡施行回路２０はコンデンサ２３が含まれていない構成でも良い。
【００６０】
このように、別の製品８０に地絡施行回路２０が設けられている構成では、地絡施行回路２０のスイッチ２２の制御は地絡検出部３０がＣＡＮ通信を介して行う。一方、スイッチ２２をＯＮするタイミングを予め決めておけば、地絡検出部３０が指令を行う必要はない。
【００６１】
そして、リレー７０は第４配線５３を介して高電圧電源系４０に接続されている。すなわち、地絡施行回路２０は、地絡検出部３０とは異なる配線によって高電圧電源系４０に接続されている。
【００６２】
なお、リレー７１は第４配線５３とは異なる第５配線５４を介して高電圧電源系４０に接続されている。
【００６３】
以上のように、地絡施行回路２０が他の製品８０に含まれている場合においても自己診断を行うことができる。具体的には、リレー７０のＯＦＦ指令時に地絡施行回路２０のスイッチ２２がＯＮすると地絡が検出されるので、リレー７０の溶着を検知できる。また、リレー７０のＯＮ指令時に地絡施行回路２０のスイッチ２２をＯＮさせても地絡が検出されない場合はヒューズ８１の溶断もしくは断線を検出することができる。
【００６４】
（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、第３実施形態では２つの地絡施行回路２０が設けられている構成について示されているが、地絡施行回路２０は３つ以上設けられていても良い。もちろん、地絡施行回路２０にコンデンサ２３が設けられた構成も同様である。
【符号の説明】
【００６５】
２０  地絡施行回路
２１  抵抗
２２  スイッチ
２３  コンデンサ
３０  地絡検出部（地絡検出手段）
４０  高電圧電源系
５０  第１配線
５１  第２配線
５２  第３配線
６０  車体
【図１】
0005573800.tif 000002
【図２】
0005573800.tif 000003
【図３】
0005573800.tif 000004
【図４】
0005573800.tif 000005
【図５】
0005573800.tif 000006