(57)【要約】      （修正有）【課題】地絡を検知する確度を高めることができる車両用制御装置、及び地絡検知方法を提供する。【解決手段】車両用制御装置１は、検出部１６と、電圧調整部１７と、制御部９とを持つ。検出部は、蓄電部３と並列に形成される経路上の１点と接地極との間に流れる電流があることを検出する。電圧調整部は、前記経路上の１点の電位が互いに異なる電位になるように調整する。制御部は、前記電圧調整部により前記経路上の１点の電位が互いに異なる電位に調整された場合に、前記検出部の検出結果に基づいて地絡を検知する。【選択図】図１
2019013118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電部と並列に形成される経路上の１点と接地極との間に流れる電流があることを検出する検出部と、
前記経路上の１点の電位が互いに異なる電位になるように調整する電圧調整部と、
前記電圧調整部により前記経路上の１点の電位が互いに異なる電位に調整された場合に、前記検出部の検出結果に基づいて地絡を検知する制御部と
を備える車両用制御装置。
【請求項２】
前記電圧調整部は、
前記経路上で前記１点の両側に分かれて位置した第１電圧源と第２電圧源とを含み、前記第１電圧源及び前記第２電圧源の少なくとも一方の電圧を調整することで、前記経路上の１点の電位が互いに異なる電位になるように調整する、
請求項１に記載の車両用制御装置。
【請求項３】
前記第１電圧源は、
前記経路に介挿されるツェナーダイオードと、
前記ツェナーダイオードを短絡可能なスイッチ部と
を備え、
前記制御部は、前記スイッチ部の導通状態を調整することにより、前記第１電圧源の電圧を調整する、
請求項２に記載の車両用制御装置。
【請求項４】
前記第２電圧源は、
前記経路に介挿されるツェナーダイオードと、
前記ツェナーダイオードを短絡可能なスイッチ部と
を備え、
前記制御部は、前記第１電圧源の前記スイッチ部の導通状態及び前記第２電圧源の前記スイッチ部を調整することにより、前記第１電圧源の電圧と前記第２電圧源の電圧とを異なるタイミングで調整する、
請求項３に記載の車両用制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、車両の始動の指示を検出した場合、前記蓄電部が外部回路に接続される前に、前記地絡を検知する、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の車両用制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記検知した地絡を報知部により報知する、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の車両用制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記地絡を検知した場合には、前記蓄電部の充放電を制限する、
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の車両用制御装置。
【請求項８】
蓄電部と並列に形成される経路上の１点が互いに異なる電位になるように調整し、
前記経路上の１点と接地極との間に流れる電流があることを検出し、
前記電流があることの検出結果に基づいて地絡を検知する、
地絡検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、車両用制御装置、及び地絡検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用制御装置において地絡が生じた場合、地絡電流を検知して保護用の遮断器によって地絡が生じている回路を開放することにより、装置を保護する対策が知られている。バッテリモジュール（蓄電部）を有した車両用制御装置を中点接地方式で構成して、上記と同様の対策を施しても、地絡の発生を検知できないことがある。例えば、バッテリモジュールの中点が地絡していても地絡電流が発生しないため、地絡の発生を検知できないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５９１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、地絡を検知する確度を高めることができる車両用制御装置、及び地絡検知方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の車両用制御装置は、検出部と、電圧調整部と、制御部とを持つ。検出部は、蓄電部と並列に形成される経路上の１点と接地極との間に流れる電流があることを検出する。電圧調整部は、前記経路上の１点の電位が互いに異なる電位になるように調整する。制御部は、前記電圧調整部により前記経路上の１点の電位が互いに異なる電位に調整された場合に、前記検出部の検出結果に基づいて地絡を検知する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の車両用制御装置１を示す構成図。
【図２】実施形態の車両用制御装置１の作用を説明するための図。
【図３】実施形態のフェーズ１の地絡検知試験を説明するための図。
【図４】実施形態のフェーズ１の地絡検知試験を説明するための図。
【図５】実施形態のフェーズ１の地絡検知試験を説明するための図。
【図６】実施形態のフェーズ２の地絡検知試験を説明するための図。
【図７】実施形態のフェーズ２の地絡検知試験を説明するための図。
【図８】実施形態のフェーズ２の地絡検知試験を説明するための図。
【図９】実施形態のフェーズ３の地絡検知試験を説明するための図。
【図１０】実施形態のフェーズ３の地絡検知試験を説明するための図。
【図１１】実施形態のフェーズ３の地絡検知試験を説明するための図。
【図１２】実施形態の地絡検知試験に関する処理の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の車両用制御装置、及び地絡検知方法を、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それらの構成の重複する説明は省略する場合がある。また本願でいう「接続」とは、電気的な接続を含む。
【０００８】
図１から図１２を参照し、実施形態の車両用制御装置、及び地絡検知方法について説明する。本実施形態の車両用制御装置１は、例えば、バッテリを有する電気車（または気動車）のような鉄道車両に搭載される。なお、車両用制御装置１の設置先は、上記例に限定されず、任意の車両に設置してもよい。
【０００９】
図１は、本実施形態の車両用制御装置１を示す構成図である。なお、同図は、車両用制御装置１を含む車両用の電源装置の一例を示す。図１に示すように、車両用制御装置１は、電力変換装置２と、蓄電装置３と、制御部９とを備える。
【００１０】
電力変換装置２は、外部の系統から給電された電力の一部を、蓄電装置３を充電するための直流電力に変換し、変換後の直流電力を蓄電装置３に供給する。電力変換装置２は、蓄電装置３から給電された直流電力の一部を、外部の系統に供給するための電力に変換し、変換後の電力を外部に供給する。電力変換装置２は、所謂双方向変換器として機能する。外部の系統の方式は、交流であってもよく直流であってもよい。電力変換装置２は、筐体２０と、筐体２０の内部に収容された各種部品を有する。蓄電装置３は、電力変換装置２の筐体２０の外部に設けられる。本願では、例えば筐体２０の内部で電気的に接続された場合を、「電力変換装置２の内部（自装置の内部）で電気的に接続されている」と称する。なお、筐体２０は、例えば電力変換装置２の外部部材として、電力変換装置２が搭載される車両や駆動装置の一部として設けられてもよい。
【００１１】
電力変換装置２は、この電力変換装置２の外部（例えば筐体２０の外部）に設けられた装置などに接続可能な接続端子（外部接続端子）２０１，２０２，２０３を備える。例えば、蓄電装置３は、接続端子２０１を介して電力変換装置２に電気的に接続される。蓄電装置３は、接続端子２０２を介して、電力変換装置２に電気的に接続される。接続端子２０３は、電力変換装置２内の接地点である。電力変換装置２は、接続端子２０３を介して、電力変換装置２の外部に設けられた接地極Ｇ（例えば車両または駆動装置の接地極Ｇ）に電気的に接続される。また、蓄電装置３の筐体３０は、接続端子２０３を介して、電力変換装置２に電気的に接続される。接続端子２０３は、「端子」の一例である。なお、電力変換装置２の内部構成については、詳しく後述する。
【００１２】
蓄電装置３は、例えば、車両を駆動するための電力を蓄えて、その電力の一部を、電力変換装置２を介して駆動装置（不図示）などに供給するように形成されている。例えば、蓄電装置３は、その筐体３０の内部に、鉛電池、リチウムイオン電池などの二次電池、又は、コンデンサなどの蓄電部を含む。蓄電装置３は、この蓄電装置３の筐体３０が直接または低抵抗で接地極Ｇに接地されている。蓄電装置３の筐体３０は、蓄電装置３の「接地極」の一例である。なお、以下の説明における蓄電部として、複数のセルを組にしたバッテリモジュール８を例示する。
【００１３】
制御部９は、例えば、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせて構成されたコンピュータである。制御部９は、図示されていない検出器により検出された車両用制御装置１の各部（各種装置および部品）の状態を示す情報を取得するとともに、電力変換装置２と蓄電装置３とを制御するための指令値などを外部から取得する。制御部９は、車両用制御装置１の各部の状態と、電力変換装置２と蓄電装置３を制御するための指令値とに基づき、電力変換装置２と蓄電装置３を制御することで、蓄電装置３の充放電を制御する。車両用制御装置１が外部から取得する指令値には、電気車又は車両用制御装置１の始動を指示するものを含む。
【００１４】
以下、本実施形態の電力変換装置２の内部構成の一例について説明する。
電力変換装置２は、電力変換回路２１と、分圧抵抗２２−１と、分圧抵抗２２−２と、接地線２３とを備える。電力変換回路２１、分圧抵抗２２−１、及び、分圧抵抗２２−２は、筐体２０の内部に収容されている。
【００１５】
電力変換回路２１の１次側は、不図示の外部の系統に接続されている。電力変換回路２１の２次側は、接続端子２０１と接続端子２０２に接続されている。
【００１６】
分圧抵抗２２−１は、その一端が接続端子２０１に、他端が接地線２３を介して接続端子２０３に接続されている。分圧抵抗２２−２は、その一端が接続端子２０２に、他端が接地線２３を介して接続端子２０３に接続されている。つまり、分圧抵抗２２−１と分圧抵抗２２−２は、電力変換回路２１の２次側の電圧を所定の抵抗値の比で分圧して、分圧抵抗２２−１と分圧抵抗２２−２との接続点の電位を中点の電位とする。例えば、分圧抵抗２２−１の抵抗値と分圧抵抗２２−２の抵抗値を等しくする。なお、筐体２０の電位は、電力変換回路２１の２次側の電圧を等分した電位、つまり中点の電位になる。
【００１７】
以下、本実施形態の蓄電装置３の内部構成の一例について説明する。蓄電装置３は、コンタクタ５−１と、コンタクタ５−２と、手動開放器６−１と、手動開放器６−２と、ヒューズ７と、バッテリモジュール８（蓄電部）と、接地検知回路１０とを備える。
【００１８】
接続端子２０１に接続される第１導体（第１接続ライン）４−１と、接続端子２０２に接続される第２導体（第２接続ライン）４−２との間に、バッテリモジュール８が接続される。第１導体４−１には、接続端子２０１側からバッテリモジュール８の一端までの間に、コンタクタ５−１と、手動開放器６−１とが、記載の順に直列に設けられている。第２導体４−２には、接続端子２０２側からバッテリモジュール８の他端までの間に、コンタクタ５−２と、ヒューズ７と、手動開放器６−２とが、記載の順に直列に設けられている。
【００１９】
第１導体４−１におけるコンタクタ５−１と手動開放器６−１との間の１点（点Ｐ１）と、第２導体４−２におけるコンタクタ５−２とヒューズ７との間の１点（点Ｐ２）とを結ぶ分流経路１８（経路）が設けられている。この分流経路１８は、バッテリモジュール８と並列になる。
【００２０】
点Ｐ１から点Ｐ２までの間の分流経路１８には、接地検知回路１０が設けられている。接地検知回路１０は、接地検知開放リレー１１−１と、接地検知開放リレー１１−２と、電流制限抵抗１２−１（第１抵抗）と、電流制限抵抗１２−２（第２抵抗）と、ツェナーダイオード１３−１と、ツェナーダイオード１３−２と、ツェナー短絡リレー１４−１（スイッチ部）と、ツェナー短絡リレー１４−２（スイッチ部）と、接地抵抗１５と、検出部１６とを備える。
【００２１】
上記の分流経路１８には、対になる接地検知開放リレー１１−１、１１−２と、対になる電流制限抵抗１２−１、１２−２と、対になるツェナーダイオード１３−１、１３−２と、対になるツェナー短絡リレー１４−１、１４−１とが、点Ｐ１から点Ｐ２までの間の分流経路１８に設けられている。例えば、点Ｐ１から点Ｐ２の方向に、接地検知開放リレー１１−１と、電流制限抵抗１２−１と、ツェナーダイオード１３−１と、ツェナーダイオード１３−２と、電流制限抵抗１２−２と、接地検知開放リレー１１−２とが、記載の順に連ねて直列に接続されている。ツェナーダイオード１３−１とツェナーダイオード１３−２は、点Ｐ１と点Ｐ２との間の電位差により逆バイアスされるように配置されている。例えば、ツェナーダイオード１３−１のアノードとツェナーダイオード１３−２のカソードは、分流経路１８上の１点（例えば、接続点Ｐ３）で接続されている。また、ツェナーダイオード１３−１には、ツェナー短絡リレー１４−１が並列に接続されている。ツェナーダイオード１３−２には、ツェナー短絡リレー１４−２が並列に接続されている。ツェナーダイオード１３−１と、ツェナーダイオード１３−２と、ツェナー短絡リレー１４−１と、ツェナー短絡リレー１４−２との組み合わせは、電圧調整部１７の一例である。電圧調整部１７は、分流経路１８上の１点の電位が互いに異なる電位になるように調整する。例えば、その調整は連続的に変化させてもよく、段階的に変化させてもよい。実施形態では、分流経路１８上の１点の電位が互いに異なる電位になるように切り換える構成を例に挙げて、それについて説明する。なお、その詳細については後述する。
【００２２】
接地検知開放リレー１１−１は、接地検知回路１０の一端を、第１導体４−１に電気的に接続し、或いはその接続を開放する。接地検知開放リレー１１−１は、機械的な接点を有していてもよく、半導体スイッチを有していてもよい。接地検知開放リレー１１−２は、接地検知回路１０の他端を、第２導体４−２に電気的に接続し、或いはその接続を開放する。接地検知開放リレー１１−２は、機械的な接点を有していてもよく、半導体スイッチを有していてもよい。
【００２３】
電流制限抵抗１２−１と電流制限抵抗１２−２は、所定の抵抗値をそれぞれ有するものであり、分流経路１８に流れる電流を所望の値に制限する。例えば、電流制限抵抗１２−１と電流制限抵抗１２−２は、互いに同じ抵抗値を有するものであってよい。
【００２４】
ツェナーダイオード１３−１とツェナーダイオード１３−２は、所定の降伏電圧をそれぞれ有する。例えば、ツェナーダイオード１３−１とツェナーダイオード１３−２は、互いに同じ降伏電圧を有するものであってよい。ツェナーダイオード１３−１とツェナーダイオード１３−２の接続点Ｐ３には、接地線１９の一端が接続され、その接地線１９の他端が筐体３０に接続されている。接地線１９には、接地抵抗１５と検出部１６とが設けられている。
【００２５】
接地抵抗１５は、接地線１９に設けられ、地絡電流を所望の値に制限する。例えば、接地抵抗１５の一端が接続点Ｐ３に接続され、その接地抵抗１５の他端が、検出部１６を経て筐体３０に接続されている。
【００２６】
検出部１６は、上記の分流経路１８上の１点（例えば、接続点Ｐ３）と接地極Ｇとの間の接地線１９に流れる電流を、接地抵抗１５に流れる電流として検出する。制御部９は、上記の分流経路１８上の１点の電位に対して検出部１６が検出した電流から地絡を検知する。なお、以下の説明では、接地抵抗１５（接地線１９）に流れる電流を地絡電流Ｉと呼ぶ。
【００２７】
次に、図２を参照して、実施形態の車両用制御装置１の作用について説明する。図２は、実施形態の車両用制御装置１の作用を説明するための図である。図２に示すタイムチャートは、車両用制御装置１を始動する際に地絡検知試験を実施する事例を例示して、その制御状態の遷移を説明するためのものである。
【００２８】
この図２に示す初期段階では、車両用制御装置１は、休止状態（非活性化状態）にある。つまり、車両用制御装置１は、蓄電装置３の充放電を停止した状態におかれていて、コンタクタ５−１とコンタクタ５−２とがそれぞれ開放され、接地検知開放リレー１１−１と接地検知開放リレー１１−２とがそれぞれ開放されている。なお、ツェナー短絡リレー１４−１とツェナー短絡リレー１４−２の状態は任意である。この初期段階では、コンタクタ５−１とコンタクタ５−２がそれぞれ開放されていることにより、蓄電装置３のバッテリモジュール８は、電力変換装置２から電気的に切り離された状態にある。車両用制御装置１は、以下に示すように、蓄電装置３が電力変換装置２から電気的に切り離された状態で、蓄電装置３の地絡検知試験を実施する。
【００２９】
まず、制御部９は、車両又は車両用制御装置１の始動の指示を検出すると、フェーズ１の地絡検知試験を開始する。このフェーズ１の検査では、コンタクタ５−１とコンタクタ５−２とがそれぞれ開放され、接地検知開放リレー１１−１と接地検知開放リレー１１−２とがそれぞれ短絡され、ツェナー短絡リレー１４−１とツェナー短絡リレー１４−２とがそれぞれ開放されている。制御部９は、上記の状態のもとで、地絡電流Ｉを検出する。
【００３０】
フェーズ１の地絡検知試験において地絡電流Ｉが検出された場合には、制御部９は、蓄電装置３内で地絡が生じているものと判定し、車両用制御装置１の始動のための処理を中断する。
【００３１】
上記の始動の指示の検出から所定時間（ｔ１）が経過するまでに、フェーズ１の地絡検知試験において地絡電流Ｉが検出されなかった場合には、上記の所定時間（ｔ１）が経過した後、制御部９は、フェーズ２の地絡検知試験を開始する。実施形態において、地絡電流Ｉの値の絶対値が所定の値（任意の閾値）より小さい状態のことを、「地絡電流Ｉが検出されない」又は「地絡が検出されない」という。このフェーズ２の検査では、コンタクタ５−１とコンタクタ５−２とがそれぞれ開放され、接地検知開放リレー１１−１と接地検知開放リレー１１−２とがそれぞれ短絡され、ツェナー短絡リレー１４−１とツェナー短絡リレー１４−２の内の一方を開放し、他方を短絡する。例えば、ツェナー短絡リレー１４−１を開放し、ツェナー短絡リレー１４−２を短絡する。また、フェーズ２の地絡検知試験において地絡電流Ｉが検出された場合には、制御部９は、蓄電装置３内で地絡が生じているものと判定し、車両用制御装置１の始動のための処理を中断する。
【００３２】
上記の始動の指示の検出から所定時間（ｔ２）が経過するまでに、フェーズ２の地絡検知試験において地絡電流Ｉが検出されなかった場合には、上記の所定時間（ｔ２）が経過した後、制御部９は、フェーズ３の地絡検知試験を開始する。このフェーズ３の検査では、コンタクタ５−１と、コンタクタ５−２と、接地検知開放リレー１１−１と、接地検知開放リレー１１−２の各状態をフェーズ２の状態から維持したままで、ツェナー短絡リレー１４−１とツェナー短絡リレー１４−２の状態を入れ替える。上記の例に従えば、ツェナー短絡リレー１４−１を短絡し、ツェナー短絡リレー１４−２を開放する。
【００３３】
フェーズ３の地絡検知試験において地絡電流Ｉが検出された場合には、制御部９は、蓄電装置３内で地絡が生じているものと判定し、車両用制御装置１の始動のための処理を中断する。
【００３４】
上記の始動の指示の検出から所定時間（ｔ３）が経過するまでに、フェーズ３の地絡検知試験において地絡電流Ｉが検出されなかった場合には、上記の所定時間（ｔ３）が経過した後、制御部９は、地絡検知試験を終了して、蓄電装置３を活性化させる。つまり、制御部９は、コンタクタ５−１とコンタクタ５−２とをそれぞれ短絡する。なお、接地検知開放リレー１１−１と、接地検知開放リレー１１−２と、ツェナー短絡リレー１４−１とツェナー短絡リレー１４−２の状態は任意であるが開放状態にしてよい。
【００３５】
上記のように、車両用制御装置１の始動のための処理を継続すると蓄電装置３を他の装置に接することになる。これに対し、車両用制御装置１は、地絡を検出した場合に、上記の処理を中断することにより、内部で地絡が生じている状態の蓄電装置３を、他の装置に接続することを制限することができる。
【００３６】
次に、図３から図１１を参照して、実施形態の地絡検知試験の詳細について説明する。図３から図５は、実施形態のフェーズ１の地絡検知試験を説明するための図である。図３と図４に示す蓄電装置３は、フェーズ１の地絡検知試験状態の蓄電装置３をモデル化したものである。図３に地絡が生じていない場合を示し、図４にバッテリモジュール８内の点Ｐ４において地絡が生じている場合を示す。図４において破線の矢印で示すＩ１と一点鎖線の矢印で示すＩ２は、実線の矢印で示す地絡電流Ｉの電流成分である。なお、地絡電流Ｉの電流成分以外の電流成分の表記を省略する。図５に接地抵抗１５を流れる地絡電流Ｉの大きさを示す。
【００３７】
ツェナーダイオード１３−１とツェナーダイオード１３−２の降伏電圧をＶＺとする。バッテリモジュール８の端子間電圧をＶＢとする。接続点Ｐ３の電位をＶＮとする。バッテリモジュール８の負極を基準にした地絡地点（点Ｐ４）の電位をＶＳとする。電流制限抵抗１２−１と１２−２の抵抗値をＲ１２で示し、接地抵抗１５の抵抗値をＲ１５で示す。電流成分Ｉ１を式（１）と式（２）に示し、電流成分Ｉ２を式（３）と式（４）に示す。なお、地絡電流Ｉ、電流成分Ｉ１、電流成分Ｉ２のそれぞれについて、接続点Ｐ３から点Ｐ４に向かう方向を正の値とする。
【００３８】
Ｉ１＝（ＶＢ−ＶＳ−ＶＺ）／（Ｒ１２＋Ｒ１５）  ・・・（１）
ただし、式（１）は、０≦ＶＳ≦（ＶＢ−ＶＺ）である場合に適用される。
【００３９】
Ｉ１＝０  ・・・（２）
ただし、式（２）は、（ＶＢ−ＶＺ）＜ＶＳ≦ＶＢである場合に適用される。
【００４０】
Ｉ２＝−（ＶＳ−ＶＺ）／（Ｒ１２＋Ｒ１５）  ・・・（３）
ただし、式（３）は、ＶＺ≦ＶＳ≦ＶＢである場合に適用される。
【００４１】
Ｉ２＝０  ・・・（４）
ただし、式（４）は、０≦ＶＳ＜ＶＺである場合に適用される。
【００４２】
地絡電流Ｉは、上記の電流成分Ｉ１と電流成分Ｉ２を合成したものであり、その値を上記の式（１）から式（４）に基づいて電流成分Ｉ１と電流成分Ｉ２を加算して得ることができる。つまり、地絡電流Ｉを、式（５）のように整理できる。
【００４３】
Ｉ＝Ｉ１，（ただし、０≦ＶＳ＜ＶＺ）、
Ｉ２，（ただし、（ＶＢ−ＶＺ）＜ＶＳ≦ＶＢ）、
Ｉ１＋Ｉ２，（ただし、ＶＺ≦ＶＳ≦（ＶＢ−ＶＺ））
・・・（５）
【００４４】
図５に示すように地絡電流Ｉは、地絡地点Ｐ４の位置、つまりその地点の電位ＶＳにより変化して、負の値から正の値まで変化する。その範囲内に地絡電流Ｉが０になる点がある。
【００４５】
フェーズ１の地絡検知試験では、地絡地点Ｐ４がバッテリモジュール８の電圧ＶＢを２分する点であった場合に、地絡電流Ｉが０になる。そこで、バッテリモジュール８の電圧ＶＢを２分する点で地絡している状態を検出するために、更にフェーズ２とフェーズ３の地絡検知試験を実施する。
【００４６】
図６から図８は、実施形態のフェーズ２の地絡検知試験を説明するための図である。図６と図７に示す蓄電装置３は、フェーズ２の地絡検知試験状態の蓄電装置３をモデル化したものである。図６に地絡が生じていない場合を示し、図７にバッテリモジュール８内の点Ｐ４において地絡が生じている場合を示す。図７において破線の矢印で示すＩ１と一点鎖線の矢印で示すＩ２は、実線の矢印で示す地絡電流Ｉの電流成分である。なお、地絡電流Ｉの電流成分以外の電流成分の表記を省略する。図８に接地抵抗１５を流れる地絡電流Ｉの大きさを示す。
【００４７】
このフェーズ２の電流成分Ｉ２は、前述の式（３）と式（４）に示したフェーズ１の電流成分Ｉ２と同様である。ここでは、電流成分Ｉ１について説明する。電流成分Ｉ１を式（６）に示す。
【００４８】
Ｉ１＝（ＶＢ−ＶＳ）／（Ｒ１２＋Ｒ１５）  ・・・（６）
ただし、式（６）は、０≦ＶＳ≦ＶＢである場合に適用される。
【００４９】
よって、フェーズ２における地絡電流Ｉは、上記の電流成分Ｉ１と電流成分Ｉ２を合成したものであり、その値を上記の式（３）と式（４）と式（６）に基づいて電流成分Ｉ１と電流成分Ｉ２を加算して得ることができる。つまり、地絡電流Ｉを、式（７）のように整理できる。
【００５０】
Ｉ＝Ｉ１，（ただし、０≦ＶＳ＜ＶＺ）、
Ｉ１＋Ｉ２，（ただし、ＶＺ≦ＶＳ≦ＶＢ）
・・・（７）
【００５１】
図８に示すように地絡電流Ｉは、地絡地点Ｐ４の位置、つまりその地点の電位ＶＳにより変化して、負の値から正の値まで変化する。その範囲内に地絡電流Ｉが０になる点があるが、その位置は、フェーズ１とは異なる。フェーズ２の地絡検知試験では、例えば、地絡地点Ｐ４がバッテリモジュール８の電圧ＶＢを２分する点であった場合に、地絡電流Ｉが流れる。この場合の電流を図７に太い矢印で示す。
【００５２】
図９から図１１は、実施形態のフェーズ３の地絡検知試験を説明するための図である。図９と図１０に示す蓄電装置３は、フェーズ３の地絡検知試験状態の蓄電装置３をモデル化したものである。図９に地絡が生じていない場合を示し、図１０にバッテリモジュール８内の点Ｐ４において地絡が生じている場合を示す。図１０において破線の矢印で示すＩ１と一点鎖線の矢印で示すＩ２は、実線の矢印で示す地絡電流Ｉの電流成分である。なお、地絡電流Ｉの電流成分以外の電流成分の表記を省略する。図１１に接地抵抗１５を流れる地絡電流Ｉの大きさを示す。
【００５３】
このフェーズ３の電流成分Ｉ１は、前述の式（１）と式（２）に示したフェーズ１の電流成分Ｉ１と同様である。ここでは、電流成分Ｉ２について説明する。電流成分Ｉ２を式（８）に示す。
【００５４】
Ｉ２＝−（ＶＢ−ＶＳ）／（Ｒ１２＋Ｒ１５）  ・・・（８）
ただし、式（８）は、０≦ＶＳ≦ＶＢである場合に適用される。
【００５５】
よって、フェーズ３における地絡電流Ｉは、上記の電流成分Ｉ１と電流成分Ｉ２を合成したものであり、その値を上記の式（１）と式（２）と式（８）に基づいて電流成分Ｉ１と電流成分Ｉ２を加算して得ることができる。つまり、地絡電流Ｉを、式（９）のように整理できる。
【００５６】
Ｉ＝Ｉ２，（ただし、（ＶＢ−ＶＺ）＜ＶＳ≦ＶＢ）、
Ｉ１＋Ｉ２，（ただし、０≦ＶＳ≦（ＶＢ−ＶＺ））
・・・（９）
【００５７】
図１１に示すように地絡電流Ｉは、地絡地点Ｐ４の位置、つまりその地点の電位ＶＳにより変化して、負の値から正の値まで変化する。その範囲内に地絡電流Ｉが０になる点があるが、その位置は、フェーズ１とフェーズ２とも異なる。フェーズ３の地絡検知試験では、例えば、地絡地点Ｐ４がバッテリモジュール８の電圧ＶＢを２分する点であった場合に、地絡電流Ｉが流れる。この場合の電流を図１０に太い矢印で示す。
【００５８】
上記の通り、フェーズ１において地絡電流Ｉが流れない条件で地絡が生じていても、少なくともフェーズ２とフェーズ３の何れかの地絡検知試験を組み合わせることにより、漏れなく地絡を検出することができる。
【００５９】
なお、フェーズ１の地絡検知試験で地絡電流Ｉが０になる点からどちらかに偏った点で地絡が生じた場合には、フェーズ２とフェーズ３の何れかの地絡検知試験で地絡の検出感度が高まる。フェーズ２とフェーズ３の双方の地絡検知試験をフェーズ１の地絡検知試験に組み合わせて実施することにより、漏れなく地絡を検出することができる。
【００６０】
また、フェーズ２とフェーズ３の双方の地絡検知試験をフェーズ１の地絡検知試験に組み合わせて実施することにより、下記の場合に生じ得る不検知を防ぐことができる。
【００６１】
例えば、ツェナーダイオード１３−１が短絡モードで故障していた場合には、フェーズ１の地絡検知試験を実施していてもフェーズ２と同様の条件で地絡検知試験をしていることになる。この場合、フェーズ１とフェーズ２の地絡検知試験だけでは、不検知の条件が生じてしまう。なお、ツェナーダイオード１３−２が短絡モードで故障していた場合にも同様のことが生じる。
【００６２】
上記の実施形態の地絡検知試験の手順を整理する。図１２は、実施形態の地絡検知試験に関する処理の手順を示すフローチャートである。
【００６３】
制御部９は、車両又は車両用制御装置１の始動の指示を検出するまで待機する（ＳＡ０５）。
【００６４】
制御部９は、上記の始動の指示を検出した後、フェーズ１の地絡検知試験を実施する（ＳＡ１０）。制御部９は、フェーズ１の地絡検知試験において地絡が検出されたか否かを判定する（ＳＡ１５）。
【００６５】
フェーズ１の地絡検知試験において地絡が検出されなかった場合には、制御部９は、フェーズ２の地絡検知試験を実施する（ＳＡ２０）。制御部９は、フェーズ２の地絡検知試験において地絡が検出されたか否かを判定する（ＳＡ２５）。
【００６６】
フェーズ２の地絡検知試験において地絡が検出されなかった場合には、制御部９は、フェーズ３の地絡検知試験を実施する（ＳＡ３０）。制御部９は、フェーズ３の地絡検知試験において地絡が検出されたか否かを判定する（ＳＡ３５）。
【００６７】
フェーズ３の地絡検知試験において地絡が検出されなかった場合、つまり、フェーズ１からフェーズ３までの地絡検知試験において地絡が検出されなかった場合には、制御部９は、蓄電装置３に地絡が生じていないと判定して、車両用制御装置１を始動させる（ＳＡ４０）。制御部９は、この始動により、車両の運転を可能にする。
【００６８】
一方、上記のＳＡ１５、ＳＡ２５，ＳＡ３５の各判定の結果、地絡検知試験において地絡が検出された場合には、制御部９は、蓄電装置３を使用できないように制御する（ＳＡ５０）。制御部９は、例えば、コンタクタ５−１とコンタクタ５−２の開放状態を維持することで、蓄電装置３におけるバッテリモジュール８の充放電を制限してもよく、バッテリモジュール８を直接制御して、その内部回路を開放状態にしてもよい。
【００６９】
さらに、制御部９は、地絡が生じていることを検出したことを報知部４１に報知する（ＳＡ５５）。例えば、制御部９は、モニター装置４０に地絡検知の警報を示すように報知部４１の表示を制御してもよく、警報音を発するように制御してよく、上位のコンピュータ（不図示）に地絡が発生していることについて通知してもよい。例えば、報知部４１は、制御部９からの制御を受けて地絡検知の警報を表示する。
【００７０】
このように、車両用制御装置１は、フェーズ１からフェーズ３までの地絡検知試験を、実施時間が重ならないように、順に実施することで、１つのフェーズの地絡検知試験では検知が困難な条件であっても、個々のフェーズの地絡検知試験の結果を複数組み合わせて判定することにより、地絡を検知する確度を高めることができる。
【００７１】
上記の実施形態によれば、車両用制御装置１の検出部１６は、バッテリモジュール８と並列に形成される分流経路１８上の１点と接地極との間に流れる電流があることを検出する。電圧調整部１７は、分流経路１８上の１点の電位が互いに異なる電位になるように調整する。制御部９は、電圧調整部１７により分流経路１８上の１点の電位が互いに異なる電位に調整された場合に、前記検出部の検出結果に基づいて地絡を検知する。これにより、バッテリモジュール８の中点で地絡が生じた場合でも検出可能であるため、車両用制御装置１は、地絡を検知する確度を高めることができる。
【００７２】
また、電圧調整部１７は、分流経路１８上の１点の両側に分かれて位置した第１電圧源と第２電圧源とを含み、その第１電圧源及び第２電圧源の少なくとも一方の電圧を調整することで、分流経路１８上の１点の電位が互いに異なる電位になるように調整することにより、第１電圧源のツェナーダイオード１３−１と第２電圧源のツェナーダイオード１３−２のそれぞれの両端に掛かる電圧を調整可能とすることができ、地絡を検出できない条件を回避して、対象範囲の全ての箇所の地絡を検出することができる。
【００７３】
また、上記の第１電圧源は、分流経路１８に介挿されるツェナーダイオード１３−１と、ツェナーダイオード１３−１を短絡可能なツェナー短絡リレー１４−１とを備える。制御部９は、ツェナー短絡リレー１４−１の導通状態を調整することにより、第１電圧源の電圧を調整することができる。
【００７４】
また、上記の第２電圧源は、分流経路１８に介挿されるツェナーダイオード１３−２と、ツェナーダイオード１３−２を短絡可能なツェナー短絡リレー１４−２とを備える。制御部９は、ツェナー短絡リレー１４−１の導通状態とツェナー短絡リレー１４−２の導通状態とを調整することにより、第１電圧源の電圧と第２電圧源の電圧とを異なるタイミングで調整することができる。
【００７５】
なお、ツェナーダイオード１３−１とツェナー短絡リレー１４−１の組は、第１電圧源の一例である。ツェナーダイオード１３−２とツェナー短絡リレー１４−２の組は、第２電圧源の一例である。第１、第２電圧源は、ツェナーダイオード（１３−１、１３−２）を含む形態に限らない。例えば、少なくともツェナーダイオード１３−１とツェナーダイオード１３−２の一方を、抵抗又は直列に接続された複数のダイオードなど、バイアス電流が流れた状態で所定の電圧を生じるものに代えたものであってもよい。第１、第２電圧源は、ツェナー短絡リレー（１４−１、１４−２）などのスイッチを含む形態に限らない。例えば、第１、第２電圧源がツェナーダイオードに代えて抵抗を備えるものであれば、上記のスイッチでその抵抗を短絡することに代えて、第１、第２電圧源内の抵抗値を変更するようにしてもよい。
【００７６】
また、制御部９は、電気車の始動の指示を検出した場合、バッテリモジュール８が外部回路に接続される前に、その地絡を検知してもよい。これにより、車両用制御装置１は、蓄電装置３に地絡が生じた状態で電気車を始動することを抑制できる。
【００７７】
また、制御部９は、検知した地絡を報知部４１（図１）によって報知するように制御してもよい。一般に、電気車の蓄電装置３は、車両の下部に搭載されている。例えば、図１に示すように、車両の運転台のモニター装置４０に報知部４１としての発光体等を設けることにより、車両の乗務員が容易に認識できるようになる。これにより、乗務員は、地絡が検知されたことを速やかに認知することができる。
【００７８】
また、制御部９は、地絡を検知した場合には、バッテリモジュール８の充放電を制限することにより、さらに他の箇所で地絡が発生する場合の影響を低減することができる。
【００７９】
また、蓄電装置３は、その内部に接地検知回路１０を備えていることにより、電力変換装置２に接続を遮断した状態で、制御部９からの制御に従って単独で試験することができる。
【００８０】
また、接地検知回路１０が接地検知開放リレー１１−１と接地検知開放リレー１１−２とを備えていることにより、車両用制御装置１が始動した後の接地検知回路１０を、電力変換装置２から絶縁させておくことができる。これにより、分流経路１８等に流れるバイアス電流を低減させることができ、電力の利用効率を高めることができる。
【００８１】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、車両用制御装置は、検出部と、電圧調整部と、制御部とを持つ。検出部は、蓄電部と並列に形成される経路上の１点と接地極との間に流れる電流があることを検出する、電圧調整部は、前記経路上の１点の電位が互いに異なる電位になるように調整する。制御部は、前記電圧調整部により前記経路上の１点の電位が互いに異なる電位に調整された場合に、前記検出部の検出結果に基づいて地絡を検知する。
【００８２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００８３】
例えば、検出部１６は、接地線１９に流れる電流を検出するものとして説明したが、接地抵抗１５に掛かる電圧を検出してもよい。或いは、接地線１９と接地抵抗１５とを設けずに構成して、検出部１６が接続点Ｐ３と筐体３０との間の電位差を検出してもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１…車両用制御装置、２…電力変換装置、３…蓄電装置、４−１…第１導体、４−２…第２導体、５−１、５−２…コンタクタ、６−１、６−２…手動開放器、７…ヒューズ、８…バッテリモジュール、９…制御部、１０…接地検知回路、１１−１、１１−２…接地検知開放リレー、１２−１、１２−２…電流制限抵抗、１３−１、１３−２…ツェナーダイオード、１４−１、１４−２…ツェナー短絡リレー（スイッチ部）、１５…接地抵抗、１６…検出部、１７…電圧調整部、１８…分流経路（経路）、１９…接地線、２０…筐体、２１…電力変換回路、２２−１、２２−２…分圧抵抗、２３…接地線、４０…モニター装置、４１…報知部、Ｇ…接地極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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