(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（１０）の地絡判定を閾値に基づいて行う地絡検出装置であって、
前記車両の状態によって前記地絡判定の閾値を切り替えると共に、切り替えた地絡判定の閾値に基づいて地絡判定を行う判定手段（４３）を備え、
前記高電圧電源系（１０）に接続された車両機器（３０）が複数存在し、前記複数の車両機器（３０）と前記判定手段（４３）とはそれぞれ通信可能に接続されており、
前記複数の車両機器（３０）は、前記車両の状態として自己のコモンモードコンデンサ容量をそれぞれ送信するようになっており、
前記判定手段（４３）は、前記複数の車両機器（３０）から受信したコモンモードコンデンサ容量に基づいて、前記地絡判定の閾値を切り替えることを特徴とする地絡検出装置。
【請求項２】
前記車両の状態は、前記高電圧電源系（１０）と車両機器（３０）とを接続するシステムメインリレー（２０）がオンのときと前記システムメインリレー（２０）がオフのとき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】
前記車両の状態は、前記高電圧電源系（１０）に接続される車両機器（３０）としてのインバータの種類によ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】
前記判定手段（４３）は、前記高電圧電源系（１０）に擬似的な地絡を発生させることにより前記高電圧電源系（１０）に擬似絶縁抵抗低下を発生させ、当該擬似絶縁抵抗低下のレベルに応じて正常または異常を判定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つ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する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、安全性の高い交流信号による漏電検出方式を用いて、漏電アドミタンスから抵抗成分を導出し、車両ボディの容量成分を補正し、漏電判定を行う漏電検出装置が、特許文献１で提案されている。この構成では、漏電アドミタンスの実数部を算出し、抵抗成分と漏電判定の基準となる所定のしきい値を比較することにより地絡を検出する。
【０００３】
また、漏電検出回路がリレーを介してインバータ等の複数の接続先に接続され、漏電箇所を判定する漏電検出装置が特許文献２で提案されている。この構成では、地絡検出回路を電気的に切り分けることにより、どのラインに漏電が発生しているのかを検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０１７７７０号公報
【特許文献２】特許第４１２２８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、アドミタンス成分を検出するためには、位相差を検出する等の回路が必要であると共に、この回路が複雑になるという問題がある。
【０００６】
また、通常、高電圧系とインバータ等の高電圧機器とがリレーで接続されるが、リレーのオン／オフでコモンモードコンデンサ容量が大きく変化する。コモンモードコンデンサ容量とは、浮遊容量や機器に付属する容量である。そのため、リレーのオン／オフで地絡検出値が変化してしまうという問題がある。そして、コモンモードコンデンサ容量が大きいとリレーのオン／オフに応じた変化値も大きくなり、特許文献２のように地絡箇所の切り分けが正確にできないという問題がある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、回路構成が複雑にならずに、コモンモードコンデンサ容量に応じて高精度に地絡を検出することができる地絡検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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（１０）の地絡判定を閾値に基づいて行う地絡検出装置であって、車両の状態によって地絡判定の閾値を切り替えると共に、切り替えた地絡判定の閾値に基づいて地絡判定を行う判定手段（４３）を備えていることを特徴とする。
【０００９】
これによると、車両の状態すなわち高電圧電源系（１０）に接続されるコモンモードコンデンサ容量に応じた地絡判定の閾値を用いて地絡判定を行っているので、車両の状態が変化したとしても車両の状態に応じた地絡の判定を行うことができる。したがって、回路構成が複雑にならずに、高精度に地絡を検出することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、車両の状態は、高電圧電源系（１０）と車両機器（３０）とを接続するシステムメインリレー（２０）がオンのときとシステムメインリレー（２０）がオフのときであることを特徴とする。このように、システムメインリレー（２０）がオンのときとオフのときとの２パターンで簡易に地絡判定を高精度化することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、車両の状態は、高電圧電源系（１０）に接続される車両機器（３０）としてのインバータの種類によることを特徴とする。これによると、車両の状態すなわちコモンモードコンデンサ容量はインバータに付随しており、インバータの種類や数によってコモンモードコンデンサ容量が異なるため、インバータに応じて地絡判定の閾値を切り替えることができる。また、高電圧電源系（１０）がシステムメインリレー（２０）を介して車両機器（３０）に接続されている構成では、システムメインリレー（２０）がオンのときの車両仕様差も吸収することができる。
【００１２】
また、請求項１に記載の発明では、高電圧電源系（１０）に接続された車両機器（３０）が複数存在し、複数の車両機器（３０）と判定手段（４３）とはそれぞれ通信可能に接続されている。また、複数の車両機器（３０）は、車両の状態として自己のコモンモードコンデンサ容量をそれぞれ送信するようになっている。そして、判定手段（４３）は、複数の車両機器（３０）から受信したコモンモードコンデンサ容量に基づいて、地絡判定の閾値を切り替えることを特徴とする。
【００１３】
これによると、判定手段（４３）は、各車両機器（３０）の車両の状態すなわちコモンモードコンデンサ容量を把握することができるので、各車両機器（３０）に応じた地絡判定の閾値に切り替えることができ。したがって、高精度で地絡判定を行うことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、判定手段（４３）は、高電圧電源系（１０）に擬似的な地絡を発生させることにより高電圧電源系（１０）に擬似絶縁抵抗低下を発生させ、当該擬似絶縁抵抗低下のレベルに応じて正常または異常を判定することを特徴とする。
【００１５】
これにより、正常であればユーザがシステムに触れても問題ない安全領域であり、異常であればユーザがシステムに触れると感電する危険領域であることを判定することができる。また、上述のように、車両の状態に応じて地絡判定の閾値が切り替えられているので、安全領域における地絡判定精度を向上させることができる。
【００１６】
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】
【００１７】
【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】地絡検出装置の作動を説明するための図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る地絡検出装置を含んだシステム図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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、全体システムは、高電圧電源系１０と、ＳＭＲ２０と、車両機器３０と、地絡検出装置４０と、を備えて構成されている。
【００２１】
高電圧電源系１０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１０は例えば３００Ｖ前後の高電圧を発生させる電源である。図１では、高電圧電源系１０を抵抗１１（ＲＬ１）とコンデンサ１２（ＣＬ１）との並列回路の等価回路として表現している。コンデンサ１２の容量ＣＬ１はＣＬ１≒０である。
【００２２】
ＳＭＲ２０は、高電圧電源系１０と車両機器３０とを接続すると共に、高電圧電源系１０から車両機器３０への電力供給を制御するシステムメインリレーである。また、車両機器３０は、高電圧電源系１０の電圧を用いて動作するインバータやＤＣＤＣコンバータ等の負荷である。
【００２３】
図１ではＳＭＲ２０に接続された全ての車両機器３０を抵抗３１（ＲＬ２）とコンデンサ３２（ＣＬ２）との並列回路の等価回路として表現している。コンデンサ３２の容量ＣＬ２はノイズ対策用として例えばＣＬ２≒０．１〜０．２μＦの容量がある。この容量ＣＬ２がコモンモードコンデンサ容量に相当する。このように、車両機器３０にはコモンモードコンデンサ容量が存在するため、ＳＭＲ２０がオンしたときとオフしたときとでは、システムのコモンモードコンデンサ容量が変化する。
【００２４】
地絡検出装置４０は、コンデンサ４１と、抵抗４２と、制御部４３と、を備えて構成されている。
【００２５】
コンデンサ４１は、絶縁された状態で車両に搭載される高電圧電源系１０と地絡検出装置４０とを絶縁する役割を果たす。コンデンサ４１の一方の電極が高電圧電源系１０に接続され、他方の電極が抵抗４２に接続されている。
【００２６】
制御部４３は、高電圧電源系１０の地絡の検出を行うものである。制御部４３は、信号出力部４４および信号入力部４５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。
【００２７】
信号出力部４４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４２を介してコンデンサ４１が接続された配線経路４６に出力される。なお、この配線経路４６は、高電圧電源系１０と抵抗４２とを結ぶ配線であり、より具体的にはコンデンサ４１の他方の電極と抵抗４２とを結ぶ配線である。
【００２８】
信号入力部４５は、配線経路４６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４５は抵抗４２とコンデンサ４１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４５は、取得した検出信号をＡ／Ｄ変換器に出力する。
【００２９】
Ａ／Ｄ変換器は信号入力部４５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と地絡判定の閾値とを比較することにより地絡を検出する制御回路である。
【００３０】
また、マイコンは、車両の状態によって地絡判定の閾値を切り替えると共に、切り替えた地絡判定の閾値に基づいて地絡を検出する。ここで、「車両の状態」とは、コモンモードコンデンサ容量のことを指すが、本実施形態では特に、高電圧電源系１０と車両機器３０とを接続するＳＭＲ２０がオンのときの状態とＳＭＲ２０がオフのときの状態である。
【００３１】
上述のように、ＳＭＲ２０のオン／オフの状態でシステムのコモンモードコンデンサ容量が変化する。このため、マイコンは、ＳＭＲ２０がオンのときにはＳＭＲ２０がオンのときのシステムのコモンモードコンデンサ容量に応じた地絡判定の閾値を用いて地絡検出を行う。一方、マイコンは、ＳＭＲ２０がオフのときには、ＳＭＲ２０がオフのときのシステムのコモンモードコンデンサ容量に応じた地絡判定の閾値を用いて地絡検出を行う。このように、マイコンはＳＭＲ２０のオン／オフに応じて地絡判定の閾値を切り替え、切り替えた地絡判定の閾値を用いて地絡を検出する。各閾値は予めマイコンに記憶されている。
【００３２】
以上が地絡検出装置４０を含んだシステムの構成である。次に、地絡検出装置４０の地絡検出について、図２を参照して説明する。図２の左欄は地絡判定の閾値が一つに固定された従来の地絡検出装置４０において取り扱われる信号の波形を示したものである。また、図２の右欄は図１に示される地絡検出装置４０の信号出力部４４および信号入力部４５で取り扱われる信号の波形を示したものである。
【００３３】
図２（ａ）および図２（ｂ）の左欄の従来のように、１つの閾値で地絡検出を行う場合には、コモンモードコンデンサ容量の変化を加味したマージン分が閾値に含まれているため、地絡が検出されたときにはその地絡がどれくらいのレベルであるのかがわからなかった。
【００３４】
これに対し、図２の右欄に示されるように、地絡判定の閾値は２つ設定され、各閾値の値はＳＭＲ２０がオンのときとオフのときとでそれぞれ異なる。具体的には、ＳＭＲ２０がオフのときの地絡判定閾値１がオンのときの地絡判定閾値２よりも大きい。したがって、ＳＭＲ２０のオン／オフの状態すなわちコモンモードコンデンサ容量の差によって閾値に幅を持たせることができる。
【００３５】
そして、図２（ａ）の右欄に示されるように、非地絡時であってＳＭＲ２０がオフのときには検出信号の振幅は地絡判定閾値１よりも高いので、地絡は検出されない。しかし、図２（ｂ）の右欄に示されるように、地絡発生時にはＳＭＲ２０のオフの状態に対応した地絡判定閾値１（＞地絡判定閾値２）によって矩形波の振幅の減少を早く検出することができる。
【００３６】
また、図２（ｃ）および図２（ｄ）の右欄に示された従来の場合、上述のように閾値がコモンモードコンデンサ容量を加味したマージン分だけ高く設定されているので、地絡が検出されないとしても閾値の余裕がない状態での判定であるし、地絡が検出された場合は予め高く設定された閾値よって早く地絡が検出されてしまい、正確な地絡検出ができなかった。
【００３７】
これに対し、図２（ｃ）の左欄に示されるように、非地絡時であってＳＭＲ２０がオンのときには検出信号の振幅は地絡判定閾値２よりも高いので、地絡は検出されない。しかし、図２（ｄ）の左欄に示されるように、地絡発生時にはＳＭＲ２０のオンの状態に対応した地絡判定閾値２によって矩形波の振幅の減少を余裕を持って検出することができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、車両の状態すなわちＳＭＲ２０のオン／オフに応じたコモンモードコンデンサ容量に応じて地絡判定の閾値を切り替えることが特徴となっている。
【００３９】
このように、コモンモードコンデンサ容量に対応した地絡判定の閾値を用いて地絡判定を行っているので、ＳＭＲ２０の状態が変化したとしてもそのオン／オフの状態に応じた地絡の判定を行うことができる。したがって、回路構成が複雑にならずに、高精度に地絡を検出することができる。
【００４０】
また、ＳＭＲ２０がオンのときとオフのときとの２パターンの閾値を予めマイコンに記憶させておくだけで良いので、簡易に地絡判定を高精度化することができる。
【００４１】
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、マイコンを含んだ制御部４３が特許請求の範囲の「判定手段」に対応する。
【００４２】
（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。上記第１実施形態では、ＳＭＲ２０に接続された負荷をまとめて「車両機器３０」としたが、実際には車両に様々なインバータが搭載される。そこで、本実施形態では、車両の状態は、当該車両に搭載されるインバータの種類による。
【００４３】
インバータといっても、走行、発電、リア、エアコン等で用いられるものがあり、大容量のもの、中容量のもの、小容量のもの等、インバータの種類によってコモンモードコンデンサ容量（ＣＬ２）の値が異なる。すなわち、コモンモードコンデンサ容量はインバータに付随しており、インバータの種類や数によってコモンモードコンデンサ容量が異なる。
【００４４】
したがって、インバータの種類によって地絡判定の閾値を設定し、インバータに応じて地絡判定の閾値を切り替えることにより、インバータの種類に応じた高精度の地絡検出ができる。また、第１実施形態のように、高電圧電源系１０がＳＭＲ２０を介して車両機器３０に接続されている構成では、ＳＭＲ２０のオン／オフだけでなくインバータの種類にもよるので、車両仕様差も吸収することができる。
【００４５】
（第３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４０を含んだ通信システム図である。この図に示されるように、通信システムには複数の車両機器３０が存在し、複数の車両機器３０と制御部４３とはそれぞれ通信可能に接続されている。
【００４６】
複数の車両機器３０は、上述のように高電圧電源系１０に接続されている。車両機器３０は、モータ用のインバータ（ＭＧ１、ＭＧ２）やエアコン用のインバータ（Ａ／Ｃ）等である。
【００４７】
そして、各車両機器３０は、車両の状態として自己のコモンモードコンデンサ容量を記憶しており、自己のコモンモードコンデンサ容量をそれぞれ送信するように設定されている。したがって、制御部４３のマイコンは、各車両機器３０から受信したコモンモードコンデンサ容量に対応する地絡判定の閾値に切り替えて地絡検出を行う。なお、各車両機器３０からの送信タイミングや回数は適宜設定される。
【００４８】
このため、マイコンはコモンモードコンデンサ容量に対する地絡判定の閾値が設定されたマップを予め記憶しており、このマップからコモンモードコンデンサ容量に応じた地絡判定の閾値に切り替える。このように、地絡検出装置４０に通信可能に接続された各車両機器３０からそれぞれコモンモードコンデンサ容量（ＣＬ２）を受信することにより、高電圧電源系１０に接続された各車両機器３０のコモンモードコンデンサ容量に最適な地絡判定の閾値に基づいて高精度で地絡を検出することができる。
【００４９】
なお、各車両機器３０から受信したコモンモードコンデンサ容量をそれぞれ制御部４３のマイコンに記憶させていくことにより、コモンモードコンデンサ容量に対する地絡判定の閾値を学習する構成にしても良い。
【００５０】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された地絡検出装置４０の構成は一例であり、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、制御部４３のマイコンは、高電圧電源系１０に擬似的な地絡を発生させることにより高電圧電源系１０に擬似絶縁抵抗低下を発生させ、当該擬似絶縁抵抗低下のレベルに応じて正常または異常を判定しても良い。このため、地絡検出装置４０に擬似絶縁抵抗低下を発生させるための回路を設けることが好ましい。正常であると判定されれば、ユーザがシステムに触れても問題ない安全領域であることがわかる。一方、異常であると判定されれば、ユーザがシステムに触れると感電する危険領域であることがわかる。この正常・異常の判定では車両の状態に応じて地絡判定の閾値を切り替えて地絡検出を行っているので、安全領域における地絡判定精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  高電圧電源系
２０  ＳＭＲ
３０  車両機器
４０  地絡検出装置
４３  制御部（判定手段）
【図１】
0005423766.tif 000002
【図２】
0005423766.tif 000003
【図３】
0005423766.tif 000004