(57)【要約】【課題】モータのオイル漏れ等により高電圧回路とシャーシとの間で発生する容量性の交流漏電を検出可能な、電動車両の漏電検出装置を提供する。【解決手段】漏電検出装置３０に、インバータ１４の入力側においてインバータ周波数信号の電圧振幅ＶＤＣを検出するための、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３５、振幅（ＡＭ）検波回路３６、Ａ／Ｄコンバータ３７と、検出した電圧振幅が所定値以上である場合に、インバータ１４の出力側における容量性の交流漏電（１７）有りと判定する漏電検出部３８１とを設けた。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を複数個組み合わせて成る組電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータに供給し走行する電動車両の漏電検出装置であって、
前記インバータの入力側においてインバータ周波数信号の電圧振幅を検出する電圧検出手段と、
前記電圧振幅が所定値以上である場合に、前記インバータの出力側における容量性の交流漏電有りと判定する漏電検出手段とを備えたことを特徴とする電動車両の漏電検出装置。
【請求項２】
前記電圧検出手段は、
前記組電池の任意の位置に接続され、前記インバータ周波数信号を抽出する帯域通過フィルタと、
前記帯域通過フィルタにより抽出された前記インバータ周波数信号の電圧振幅を検波する振幅検波回路と、
前記振幅検波回路により検波されたアナログ信号の電圧振幅をディジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器とを含むことを特徴とする請求項１記載の電動車両の漏電検出装置。
【請求項３】
前記組電池の任意の位置は、総マイナス部または総プラス部である請求項２記載の電動車両の漏電検出装置。
【請求項４】
二次電池を複数個組み合わせて成る組電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータに供給し走行する電動車両の漏電検出方法であって、
前記インバータの入力側においてインバータ周波数信号の電圧振幅を検出するステップと、
検出された電圧振幅が所定値以上である場合に、前記インバータの出力側における容量性の交流漏電有りと判定するステップとを備えたことを特徴とする電動車両の漏電検出方法。
【請求項５】
前記電圧振幅を検出するステップは、
前記組電池の任意の位置において前記インバータ周波数信号を抽出するステップと、
抽出された前記インバータ周波数信号の電圧振幅を検波するステップと、
検波されたアナログ信号の電圧振幅をディジタル信号に変換するステップとを含むことを特徴とする請求項４記載の電動車両の漏電検出方法。
【請求項６】
前記組電池の任意の位置は、総マイナス部または総プラス部である請求項５記載の電動車両の漏電検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車（ＰＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）等の電動車両に塔載される高電圧バッテリである組電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータに供給し走行する電動車両の漏電検出装置および方法に関する。また、本発明は、特にモータとシャーシとの間に発生した容量性の交流漏電を検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気自動車（ＰＥＶ）や、エンジンとモータを備えたいわゆるハイブリッド車両（ＨＥＶ）等において、モータを駆動する際の主電源として、その高いエネルギー密度（すなわち、コンパクトにエネルギーを蓄積できる）と高い出力密度の点から、ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）二次電池が主に使用されている。かかるＰＥＶやＨＥＶには、モータに対して十分な出力を供給できるように、単電池を複数個組み合わせて１つの組電池とし、その組電池が高電圧バッテリとして塔載されている。
【０００３】
このようなＨＥＶ等は、高電圧バッテリを駆動源としてモータを駆動制御するための高電圧回路と、低電圧バッテリを駆動源として音響機器などの電子機器を駆動するための低電圧回路とを有している。また、高電圧回路には、モータ駆動用のインバータが含まれる。
【０００４】
ＨＥＶ等の電動車両では、高電圧回路側から低電圧回路側への漏電を検出し、漏電が検出された場合、ユーザーに警告を出したり、場合によっては、高電圧バッテリからの電力を遮断することが必要とされる。
【０００５】
図６は、従来の電動車両の部分構成を示す機能ブロック図である。図６において、電動車両１００は、モータなどの高電圧負荷１１を駆動制御する高電圧回路１０と、各種電子機器などの低電圧負荷２１を駆動する低電圧回路２０と、高電圧回路１０と低電圧回路２０との間の漏電の有無を検出する漏電検出装置３００とを有している。
【０００６】
高電圧回路１０には、高電圧バッテリ１２と、高電圧バッテリ１２からの電力を高電圧負荷１１側に対して導通／遮断する第２のスイッチ部１３と、高電圧負荷１１を駆動制御するインバータ１４とが含まれる。
【０００７】
高電圧バッテリ１２は、直列に接続された複数の二次電池（例えば、Ｎｉ−ＭＨ二次電池）１２１で構成されており、電動車両１００を走行させる駆動源としてのモータを回転駆動させるのに必要な高電圧（例えば、４４０Ｖ）を出力可能としている。第２のスイッチ部１３は、リレーなどで構成されており、モータなどの高電圧負荷１１を駆動させるのに必要な所定以上の電流容量を有している。インバータ１４は、モータ（例えば、３相交流モータ）を回転駆動させるべく、高電圧バッテリ１２からの直流電流を交流電流に変換する機能を有する。
【０００８】
低電圧回路２０には、低電圧バッテリ２２と、低電圧負荷２１との間の接続制御を可能とする第１のスイッチ部２３とが含まれる。
【０００９】
低電圧バッテリ２２は、直列に接続された複数の二次電池２２１で構成されており、警告灯表示部２１１や、電子機器としての音響機器２１２（例えば、ラジオやステレオ）などの低電圧負荷２１を駆動させるのに必要な低電圧（例えば、１２Ｖ）を出力可能としている。第１のスイッチ部２３は、イグニッションキースイッチであり、車両全体の電気系統をオン／オフ制御する。第１のスイッチ部２３は、第２のスイッチ部１３に連動しており、漏電検出装置３００のスイッチ制御部３８２を介して、第１のスイッチ部２３のオン操作で第２のスイッチ部１３もオン動作し、第１のスイッチ部２３のオフ操作で第２のスイッチ部１３もオフ動作できるようになっている。
【００１０】
漏電検出装置３００には、正弦波または方形波信号を出力する信号発生器（固定周波数）３１０と、信号発生器３１０からの信号を所定レベルにまで増幅する増幅器３２０と、高電圧回路１０と低電圧回路２０との間の絶縁抵抗（不図示）に応じて、増幅器３２０からの信号を減衰させるための抵抗３３０と、抵抗３３０の一端と高電圧回路１０とを容量結合する結合コンデンサ３４０と、増幅器３２０から抵抗３３０を介した信号の高周波成分を除去する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３５０と、ＬＰＦ３５０からの信号を所定レベルにまで増幅する増幅器３６０と、増幅器３６０からの信号を所定周期でサンプリングし、デジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３７と、Ａ／Ｄコンバータ３７からのデジタル信号を受けるマイクロコンピュータ（μＣＯＭ）３８とが含まれる。
【００１１】
また、μＣＯＭ３８には、Ａ／Ｄコンバータ３７からのデジタル信号を所定の閾値と比較して漏電の有無を判定する漏電検出部３８１と、第１のスイッチ部２３のオン操作信号を受けて、漏電検出部３８１からの検出終了信号が漏電無しを示す場合、第２のスイッチ部１３をオン状態にし、漏電検出部３８１からの検出終了信号が漏電有りを示す場合、第２のスイッチ部１３をオフ状態のままにするスイッチ制御部３８２とが含まれる。
【００１２】
漏電検出部３８１は、Ａ／Ｄコンバータ３７からのデジタル信号を所定の閾値と比較し、高電圧回路１０と低電圧回路２０との間の絶縁抵抗が所定値（例えば、１００ｋΩ）以下になり、デジタル信号が低下して閾値以下となった場合に漏電有りを検出し、その検出信号を、スイッチ制御部３８２に出力するとともに、警告灯表示部２１１に出力し、その漏電表示ランプを点灯させる。
【００１３】
スイッチ制御部３８２は、第１のスイッチ部２３のオン操作信号を受けて、漏電検出部３８１からの検出信号が漏電無しを示す場合、第２のスイッチ部１３をオン状態にする。漏電検出部３８１からの検出信号が漏電有りを示す場合には、第２のスイッチ部１３をオフ状態のままにすることもできる。
【００１４】
以上のような、高電圧回路１０の直流側と低電圧回路２０との間の直流漏電以外に、高電圧回路１０に含まれるインバータ１４の交流側で発生する交流漏電も検出し、この交流漏電が検出された場合、高電圧バッテリからの電力を遮断することが必要となる場合もある。この交流漏電を検出する装置としては、特開平７−２４１００２号公報や特開２０００−１３９０２号公報に記載されたものがある。
【００１５】
これらの漏電検出装置は、インバータを構成する上側スイッチングアームを導通状態にして、インバータの直流側（入力側）に設けられた漏電検知センサにより、インバータの交流側（出力側）における漏電を検出する構成をとっている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の各公報に開示された漏電検出装置は、インバータの交流側で発生した抵抗性の交流漏電を検出するものである。この抵抗性の交流漏電は、インバータの出力部とモータの端子とを接続する配線の被覆、またはモータ内の界磁巻線の被覆の損傷等により発生する。
【００１７】
このような抵抗性の交流漏電以外に、モータのオイル漏れ等により高電圧回路とシャーシとの間で発生する容量性の交流漏電がある。この容量性の交流漏電が発生した場合も、高電圧回路部に人間が触れて、交流電流が人体に流れるのを防止するため、容量性の交流漏電を検出し、高電圧バッテリからの電力を遮断することが必要となる場合がある。しかしながら、上記従来の漏電検出装置では、直流漏電と同様にして抵抗性の交流漏電を検出することはできても、容量性の交流漏電を検出することはできないという問題があった。
【００１８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高電圧回路の交流側で発生する容量性の交流漏電を検出することが可能な電動車両の漏電検出装置および方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る電動車両の漏電検出装置は、例えばニッケル−水素二次電池を複数個組み合わせて成る組電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータに供給し走行する電動車両の漏電検出装置であって、インバータの入力側においてインバータ周波数信号の電圧振幅を検出する電圧検出手段と、電圧振幅が所定値以上である場合に、インバータの出力側における容量性の漏電有りと判定する漏電検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
この場合、電圧検出手段は、組電池の任意の位置として総マイナス部または総プラス部に接続され、インバータ周波数信号（Ｓ１）を抽出する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）と、帯域通過フィルタにより抽出されたインバータ周波数信号の電圧振幅（Ｓ２）を検波する振幅検波回路（ＡＭ検波回路）と、振幅検波回路により検波されたアナログ信号の電圧振幅をディジタル信号（Ｓ３）に変換するアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）とを含むことが好ましい。
【００２１】
前記の目的を達成するため、本発明に係る電動車両の漏電検出装置は、例えばニッケル−水素二次電池を複数個組み合わせて成る組電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータに供給し走行する電動車両の漏電検出方法であって、インバータの入力側においてインバータ周波数信号の電圧振幅を検出するステップと、検出された電圧振幅が所定値以上である場合に、インバータの出力側における容量性の漏電有りと判定するステップとを備えたことを特徴とする。
【００２２】
この場合、電圧振幅を検出するステップは、組電池の任意の位置として総マイナス部または総プラス部においてインバータ周波数信号（Ｓ１）を抽出するステップと、抽出されたインバータ周波数信号の電圧振幅（Ｓ２）を検波するステップと、検波されたアナログ信号の電圧振幅をディジタル信号（Ｓ３）に変換するステップとを含むことが好ましい。
【００２３】
上記の構成および方法によれば、モータのオイル漏れ等により高電圧回路とシャーシとの間で発生する容量性の交流漏電を検出することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る電動車両の漏電検出装置の一構成例を示す機能ブロック図である。なお、図１において、従来の直流漏電検出装置を示す図６と同様の機能および構成を有する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図１において、高電圧回路１０には、インバータ１４の直流側（入力側）とシャーシ間における絶縁抵抗１５（以下、直流側抵抗と称する）と、インバータ１４によるスイッチングノイズを低減するために、予め設けられた容量１６（以下、直流側容量と称する）とが存在する。１７はインバータ１４の交流側（出力側）において、３相モータ１１のオイル漏れ等で発生した交流漏電による容量（以下、交流側容量と称する）を示す。
【００２７】
ここで、図１の漏電検出装置３０の回路構成および動作について説明する前に、交流側容量１７の容量値Ｃ２により、容量性の交流漏電の有り無しを判定するための基本的な考え方について、図２を用いて説明する。
【００２８】
図２は、昇圧電圧ＶＮ、周波数ｆを有するインバータ１４を交流電圧源１８とした場合の、図１の高電圧回路１０における交流等価回路図である。図２において、直流側抵抗１５の抵抗値をＲＬ（例えば、正常時で約１ＭΩ）、直流側容量１６の容量値をＣ１（例えば、約０．１μＦ）、交流側容量１６の容量値をＣ２、高電圧バッテリ１２（図１）の総マイナス部における直流側電圧（以下、総マイナス電圧と称する）をＶＤＣとしている。また、１９は人体接触時のモデル抵抗を示し、抵抗値Ｒｃ（例えば、濡れた手の場合で約５００Ω）を有する。
【００２９】
図２に示すように、人体接触時に、漏電電流が、交流電圧源１８から交流側容量１７（容量値Ｃ２）、シャーシを介して人体のモデル抵抗１９（抵抗値Ｒｃ）と直流側容量１５（容量値Ｃ１）に流れる。ここで、直流側抵抗１５の抵抗値ＲＬは約１ＭΩと大きく、漏電電流は、モデル抵抗１９と直流側容量１５に分流するものとしている。
【００３０】
この場合、モデル抵抗１９に流れる電流Ｉは、以下の式（１）で表される。
【００３１】
Ｉ＝ｊωＣ２×ＶＮ／（１＋ｊω（Ｃ１＋Ｃ２）Ｒｃ）
＝ＶＮ／（（１／ｊωＣ２）＋（１＋Ｃ１／Ｃ２）Ｒｃ）　　…（１）
式（１）から、交流側容量１７の容量値Ｃ２が大きいほど、すなわちモータ１１のオイル漏れ等によるモータ１１とシャーシ間の容量性結合が高いほど、人体接触時に流れる漏電電流Ｉが大きくなることが分かる。
【００３２】
また、総マイナス電圧ＶＤＣは、以下の式（２）で表される。
【００３３】
ＶＤＣ＝Ｉ×Ｒｃ
＝ｊωＣ２×Ｒｃ×ＶＮ／（１＋ｊω（Ｃ１＋Ｃ２）Ｒｃ）
≒ＶＮ／（１＋Ｃ１／Ｃ２）　　　　　　　　　　　…（２）
式（２）から、直流側容量１６の容量値Ｃ１は予め設定されているので、交流側容量１７の容量値Ｃ２が大きいほど、総マイナス電圧ＶＤＣが大きくなることが分かる。したがって、この総マイナス電圧ＶＤＣの振幅（ピーク・ツウ・ピーク値）を検出して、電圧振幅が所定値Ｖｔ以上であるか否かを判断することにより、容量性の交流漏電の有り無しを判定できることになる。
【００３４】
上記の電圧振幅の判断基準である所定値Ｖｔは、例えば、Ｃ１＝０．１μＦ、ＶＮ＝４４０Ｖｐ−ｐ、ｆ＝１ｋＨｚ、ＲＬ＝１ＭΩ、Ｒｃ＝５００Ωとし、人体接触時に２０ｍＡ（実効値）より多くの電流を流さないことを漏電検出の判定基準とした場合、式（１）および式（２）から約７５Ｖｐ−ｐとなり、この時の交流側容量１７の容量値Ｃ２は、浮遊容量も含めて約２０ｎＦとなる。
【００３５】
本実施形態は、以上のような手法により、容量性の交流漏電を検出するものである。以下、図１に加えて、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図４を用いて、漏電検出装置３０の回路構成および動作について説明する。
【００３６】
図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃは、それぞれ、図１に示す漏電検出装置３０における総マイナス電圧ＶＤＣ、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３５の出力信号Ｓ１、振幅検波回路（ＡＭ検波回路）３６の出力信号Ｓ２を示す波形図である。なお、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃにおいて、実線は容量性の交流漏電が発生した場合の信号波形を、破線は容量性の交流漏電が無い場合の信号波形を示す。
【００３７】
図４は、本実施形態における漏電検出ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【００３８】
高電圧バッテリ１２からの総マイナス電圧ＶＤＣ（図３Ａ参照）は、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３５に入力されて、インバータ周波数信号Ｓ１（例えば、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ：図３Ｂ参照）が抽出される（図４のＳ４０１）。ＢＰＦ３５により抽出されたインバータ周波数信号は、振幅検波回路（ＡＭ検波回路）３６により、その電圧振幅Ｓ２（図３Ｃ参照）が検波される（図４のＳ４０２）。振幅検波回路３６により検波されたアナログ信号の電圧振幅Ｓ２は、Ａ／Ｄコンバータ３７により、ディジタル信号Ｓ３に変換される（図４のＳ４０３）。なお、ＢＰＦ３５と、ＡＭ検波回路３６と、Ａ／Ｄコンバータ３７とで電圧検出手段が構成される。図５は、ＢＰＦ３５およびＡＭ検波回路３６の一構成例を示す回路図である。図５において、ＢＰＦ３５およびＡＭ検波回路３６の回路構成は一般的なものであるので、説明を省略する。
【００３９】
Ａ／Ｄコンバータ３７によりディジタル信号Ｓ３に変換された総マイナス電圧ＶＤＣの電圧振幅は、μＣＯＭ３８内の漏電検出部３８１により、所定値Ｖｔ（図３Ｃにアナログ電圧で示す）と比較される（図４のＳ４０４）。ディジタル信号Ｓ３が所定値Ｖｔ未満であった場合（Ｎｏ）、漏電検出部３８１（漏電検出手段）は、容量性の交流漏電無しと判定する（図４のＳ４０５）。
【００４０】
一方、ステップＳ４０４において、ディジタル信号Ｓ３が所定値Ｖｔ以上であった場合（Ｙｅｓ）、漏電検出部３８１は、容量性の交流漏電有りと判定し（図４のＳ４０６）、その判定信号を、スイッチ制御部３８２に出力して、第２のスイッチ部１３をオフ制御させることができる（図４のＳ４０７）。さらに、警告灯表示部２１１に出力し、その漏電表示ランプを点灯させることができる（図４のＳ４０８）。
【００４１】
以上のようにして、モータのオイル漏れ等による容量性の交流漏電を検出することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、Ａ／Ｄコンバータ３７をμＣＯＭ３８の外部に設けたが、本発明はこれに限定されず、Ａ／Ｄコンバータを内蔵するμＣＯＭ３８を用いた場合、回路を小型化することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、容量性の交流漏電を検出するために、高電圧バッテリ１２の総マイナス部における電圧振幅を検出する構成について例示および説明したが、高電圧バッテリ１２の総プラス部における電圧振幅を検出しても、同様の効果が得られる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モータのオイル漏れ等により高電圧回路とシャーシとの間で発生する容量性の交流漏電を検出することができる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動車両の漏電検出装置の一構成例を示す機能ブロック図
【図２】図１のインバータ１４を交流電圧源１８とした場合の、図１の高電圧回路１０における交流等価回路図
【図３Ａ】図１に示す漏電検出装置３０における総マイナス電圧ＶＤＣの波形図
【図３Ｂ】図１に示す漏電検出装置３０におけるＢＰＦ３５の出力信号Ｓ１の波形図
【図３Ｃ】図１に示す漏電検出装置３０におけるＡＭ検波回路３６の出力信号Ｓ２の波形図
【図４】本実施形態における漏電検出ルーチンの処理手順を示すフローチャート
【図５】図１に示すＢＰＦ３５およびＡＭ検波回路３６の一構成例を示す回路図
【図６】従来の漏電検出装置の一構成例を示す機能ブロック図
【符号の説明】
１　電動車両
１０　高電圧回路
１１　高電圧負荷（モータ）
１２　高電圧バッテリ（組電池）
１２１　二次電池
１３　第２のスイッチ部
１４　インバータ
２０　低電圧回路
２１　低電圧負荷
２１１　警告灯表示部
２１２　音響機器
２２　低電圧バッテリ
２３　第１のスイッチ部
３０　漏電検出装置
３５　帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）
３６　振幅検波回路（ＡＭ検波回路）
３７　Ａ／Ｄコンバータ
３８　マイクロコンピュータ（μＣＯＭ）
３８１　漏電検出部
３８２　スイッチ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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