(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された高電圧回路（１００）と車体との漏電の有無を判定する漏電判定装置（２０）であって、
第１の周波数の第１交流信号と、前記第１の周波数よりも大きい第２の周波数の第２交流信号とを含む交流信号の合成波を、抵抗器（２６）、カップリングコンデンサ（２２）を介して前記高電圧回路に対して出力する交流信号出力手段（２４，２５）と、
前記交流信号出力手段により前記交流信号の合成波が出力された状態で、前記抵抗器と前記高電圧回路の絶縁抵抗成分とで分圧された前記交流信号の合成波から前記第１交流信号の波高値（Ｖ１）と前記第２交流信号の波高値（Ｖ２）と、を取得する波高値取得手段（５０ａ）と、
前記波高値取得手段で取得した前記第１交流信号及び前記第２交流信号の波高値に基づいて、漏電の有無を判定する漏電判定手段（５６）と、
を備え、
前記高電圧回路は、直流電源（１１）と、前記直流電源に対して充放電を行う電気装置（１０）とを備えており、
前記交流信号出力手段は、前記交流信号の合成波を出力する状態と、単一の周波数の第３交流信号を出力する状態とを切り替え可能であり、前記電気装置の充放電状態が一定とされる状態であれば、前記第３交流信号を出力し、前記電気装置の充放電状態において、その充放電状態が切り替わるとされる状態であれば、前記交流信号の合成波を出力し、
前記漏電判定手段は、前記電気装置の充放電状態である際に漏電の有無を判定し、前記第３交流信号が出力されている状態では前記第３交流信号に基づいて漏電の有無を判定し、前記交流信号の合成波が出力されている状態では前記交流信号の合成波に基づいて漏電の有無を判定することを特徴とする漏電判定装置。
【請求項２】
前記波高値取得手段で取得した前記第１交流信号の波高値と前記第２交流信号の波高値との差分からコモン容量の推定値を算出するコモン容量算出手段（５５）と、
前記コモン容量の推定値を用いて、前記第１交流信号の波高値又は前記第２交流信号の波高値を補正する波高値補正手段（５６）と、を備え、
前記漏電判定手段は、前記波高値補正手段による補正後の前記第１交流信号の波高値又は前記第２交流信号の波高値を用いて、漏電の有無を判定する請求項１に記載の漏電判定装置。
【請求項３】
前記波高値取得手段は、前記交流信号の合成波から、前記第１交流信号を抽出する第１フィルタ（５１）と、前記第２交流信号を抽出する第２フィルタ（５２）と、を備え、
前記波高値取得手段は、前記第１フィルタにより抽出した前記第１交流信号の波高値を取得し、前記第２フィルタにより抽出した前記第２交流信号の波高値を取得する請求項１又は２に記載の漏電判定装置。
【請求項４】
前記交流信号の合成波を出力している状態で、前記漏電が無いと判定された場合には、前記第３交流信号を出力する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の漏電判定装置。
【請求項５】
前記漏電判定手段は、前記交流信号の波高値が所定の閾値以上であるか否かに基づいて漏電の有無を判定するものであって、前記第３交流信号を出力して漏電判定を行う場合の第１閾値よりも前記交流信号の合成波を出力して漏電判定を行う場合の第２閾値を小さい値に設定する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の漏電判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載された高電圧回路と車体との漏電の有無を判定する漏電判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載された高電圧回路と車体とは電気的に絶縁されているが、その絶縁性能が低下するおそれがある。そこで、従来から高電圧回路と車体との漏電の有無が判定されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、発振部から第１の周波数の交流信号と、第１の周波数とは異なる第２の周波数の交流信号とを別々のタイミングで出力することで、高電圧回路に対して周波数の異なる複数の交流信号を印加する。そして第１の周波数に対応する第１の交流信号の波高値と、第２の周波数に対応する第２の波高値とを検出し、第１の波高値及び第２の波高値を検出することによって特定される高電圧回路（電気系統）の電気的特性に基づいて、当該高電圧回路のコモン容量を推定する。そしてコモン容量の推定値に基づき漏電判定の閾値を設定し、交流信号の波高値が閾値を下回る場合に、絶縁抵抗が低下していると判定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１５５３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし高電圧回路に対して第１交流信号と第２交流信号とを別々に印加することが、漏電の判定時間を短縮しようとする際の制約となる。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、より適切なる漏電判定を実施できる漏電判定装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、車両に搭載された高電圧回路（１００）と車体との漏電の有無を判定する漏電判定装置（２０）であって、第１の周波数の第１交流信号と、前記第１の周波数よりも大きい第２の周波数の第２交流信号とを含む交流信号の合成波を、抵抗器（２６）を介して前記高電圧回路に対して出力する交流信号出力手段（２４，２５）と、前記交流信号出力手段により前記交流信号の合成波が出力された状態で、前記抵抗器と前記高電圧回路の絶縁抵抗成分とで分圧された前記交流信号の合成波から前記第１交流信号の波高値（Ｖ１）と前記第２交流信号の波高値（Ｖ２）と、を取得する波高値取得手段（５０ａ）と、前記波高値取得手段で取得した前記第１交流信号及び前記第２交流信号の波高値に基づいて、漏電の有無を判定する漏電判定手段（５６）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、第１の周波数の第１交流信号と、第１の周波数よりも大きい第２の周波数の第２交流信号とを含む交流信号の合成波を高電圧回路に対して出力するようにした。この場合、異なる周波数を有する第１交流信号と第２交流信号とを同時期に高電圧回路に印加することができ、第１交流信号の波高値と第２交流信号の波高値とを同時期に検出できるため、漏電判定にかかる時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】漏電判定装置を含む全体構成図。
【図２】漏電判定装置を示す図。
【図３】本実施形態を使用しない場合の漏電判定の例を示す図。
【図４】本実施形態に係る漏電判定の例を示す図。
【図５】漏電判定装置の他の実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお本実施形態の漏電判定装置は、直流電源の電力を走行駆動源に用いて走行可能であるとともに、直流電源への充電を外部電力で実施できるハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に適用される。
【００１１】
図１において高電圧回路１００は、直流電源１１、電力変換回路１０を備えている。直流電源１１と電力変換回路１０とはシステムメインリレー（以下ＳＭＲ１２と称する）を介して接続されている。また、高電圧回路１００には漏電判定装置２０が接続されている。
【００１２】
直流電源１１は、充電可能なリチウムイオン電池等の二次電池が直列に複数個接続されて構成された電池群である。ＳＭＲ１２は、直流電源１１から電力変換回路１０に電力供給をする際、または電力変換回路１０から直流電源１１に電力を供給する際に接続される。
【００１３】
電力変換回路１０は、図示を略すコンバータ、インバータ、ＭＧ等の各種の電気装置を備えて構成されており、直流電源１１の電圧をコンバータで昇圧したり、ＭＧで発電された交流電力をインバータで直流電力に変換して、その変換後の直流電力をコンバータで降圧して直流電源１１に供給したりする。
【００１４】
以上の構成の高電圧回路１００と車体とは電気的に絶縁されている。そのため、直流電源１１と車体、電力変換回路１０と車体との間には、それぞれ対地絶縁抵抗（以下、絶縁抵抗Ｒｇと称する）が発生する。
【００１５】
また、高電圧回路１００が車体から絶縁されていることで、直流電源１１と車体、電力変換回路１０と車体との間にコモン容量Ｃｇが発生する。なおコモン容量Ｃｇとは、車体に対する高電圧回路１００の静電容量であって、浮遊容量とも称される。図１ではこれらの絶縁抵抗Ｒｇとコモン容量Ｃｇの等価回路を説明の便宜上図示している。
【００１６】
この絶縁抵抗Ｒｇが低下すると車体に意図しない電流が流れる漏電が発生しうる。そこで、漏電判定装置２０による漏電判定が行われる。
【００１７】
図２において漏電判定装置２０は、コンデンサ２２、発振器２４、抵抗器２６、信号入力部２８、マイコン５０を備えている。なお図２では、高電圧回路１００を絶縁抵抗Ｒｇとコモン容量Ｃｇとの等価回路で示している。
【００１８】
コンデンサ２２は、高電圧回路１００と漏電判定装置２０とを直流的に絶縁するものであり、一端が高電圧回路１００に接続され、他端が抵抗器２６に接続される。
【００１９】
発振器２４は、交流信号を生成及び出力する。詳しくは、発振器２４は、矩形波の電圧信号を生成し、抵抗器２６を介してコンデンサ２２に接続された高電圧回路１００の配線経路（コモン経路）に出力する。コモン経路とは、直流電源１１と抵抗器２６とを接続する配線経路であり、より具体的にはコンデンサ２２の他端と抵抗器２６とを結ぶ配線である。
【００２０】
本実施形態の発振器２４は、少なくとも２つの異なる周波数の交流信号を合成して合成波Ｓとして出力することが可能である。例えば周波数ｆ１の第１交流信号と、周波数ｆ１よりも大きい周波数ｆ２の第２交流信号とを合成して合成波Ｓとして出力する。これにより異なる周波数成分を有する交流信号を高電圧回路１００に対して同時期に印加することができる。なお周波数ｆ１は、例えば２〜１０Ｈｚの範囲に設定される。周波数ｆ２は、例えば４Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲であって、周波数ｆ１よりも大きい値に設定される。
【００２１】
信号入力部２８は、コモン経路における抵抗器２６とコンデンサ２２との間の接続点Ｄにかかる電圧を検出信号として入力してＡ／Ｄ変換器（図示略）に出力する。Ａ／Ｄ変換器は、信号入力部２８で検出した検出信号をデジタル信号に変換してマイコン５０に出力する。本実施形態ではマイコン５０とＡ／Ｄ変換器とを別構成としているが、マイコン５０がＡ／Ｄ変換器を備えていてもよい。
【００２２】
マイコン５０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、ＣＰＵが漏電判定に関する各種処理を実行する。
【００２３】
本実施形態のマイコン５０は、デジタルフィルタ処理部５０ａと、漏電判定処理部５０ｂとを備えている。デジタルフィルタ処理部５０ａは、例えば、有限インパルス応答（finite impulse response）によって、Ａ／Ｄ変換後のデジタルの交流信号から、発振器２４から出力された交流信号の周波数帯域及びその周辺帯域の成分を抽出することで、交流信号に含まれるノイズ成分を除去するものである。
【００２４】
詳しくは、デジタルフィルタ処理部５０ａは、第１フィルタ５１と、第２フィルタ５２とを備えている。第１フィルタ５１は、Ａ／Ｄ変換後の第１交流信号から周波数ｆ１を中心周波数とする所定の周波数帯域の信号を抽出する。第２フィルタ５２は、Ａ／Ｄ変換後の第２交流信号から周波数ｆ２を中心周波数とする所定の周波数帯域の信号を抽出する。
【００２５】
漏電判定処理部５０ｂは、発振器２４から出力さる第１交流信号の周波数ｆ１及び第２交流信号の周波数ｆ２を設定するとともに、デジタルフィルタ処理部５０ａで抽出した第１交流信号の波高値Ｖ１及び第２交流信号の波高値Ｖ２を用いて漏電判定を行う。詳しくは、漏電判定処理部５０ｂは、コモン容量推定部５５と、漏電判定部５６とを備えている。
【００２６】
コモン容量推定部５５は、第１フィルタ５１で抽出した第１交流信号の波高値Ｖ１と、第２フィルタ５２で抽出した第２交流信号の波高値Ｖ２との波高値の差ΔＶを算出する。そして当該波高値の差ΔＶを用いてコモン容量Ｃｇの推定値を算出する。例えば、波高値の差ΔＶとコモン容量Ｃｇとの関係を定める演算式やマップを用いてコモン容量Ｃｇの推定値を算出する。
【００２７】
漏電判定部５６は、コモン容量推定部５５で算出したコモン容量Ｃｇの推定値を用いて、交流信号の波高値を補正する。また、補正後の交流信号の波高値を用いて漏電判定を実施する。例えば、漏電判定部５６は、第１フィルタ５１によるフィルタ処理後の交流信号の波高値Ｖ１を、コモン容量Ｃｇの推定値を用いて補正する。より詳しくは、コモン容量Ｃｇの推定値を用いて周波数ｆ１での容量インピーダンスＺｃを算出する。そして、交流信号の波高値Ｖ１から容量インピーダンスＺｃで生じる電圧誤差を減算して、補正後の交流信号の波高値を取得する。そして補正後の交流信号の波高値が所定の閾値以上であるか否かに基づいて漏電の有無を判定する。すなわち、補正後の交流信号の波高値が所定の閾値以上の場合には、漏電が生じていない（正常状態）であると判定し、補正後の交流信号の波高値が所定の閾値未満の場合には、漏電が生じていると判定する。
【００２８】
以上の構成において、漏電判定を行う際、発振器２４からは周波数ｆ１の交流信号と、周波数ｆ２の交流信号との合成波Ｓが出力される。そして信号入力部２８で検出された合成波Ｓの検出信号がマイコン５０に入力される。マイコン５０では、第１フィルタ５１を用いて交流信号の合成波Ｓから周波数ｆ１を中心周波数とする交流信号を抽出し、第２フィルタ５２を用いて交流信号の合成波Ｓから周波数ｆ２を中心周波数とする交流信号を抽出する。そしてコモン容量推定部５５により、これらの交流信号からコモン容量の推定値を算出し、その後、漏電判定部５６により、コモン容量の推定値を用いた補正後の交流信号の波高値を用いて漏電の有無を判定する。
【００２９】
このように本実施形態では、周波数ｆ１を有する第１交流信号と、周波数ｆ２を有する第２交流信号とが同時期に高電圧回路１００に印加されるため、交流信号の波高値Ｖ１，Ｖ２を同一のタイミングで取得できる。そのため、漏電判定に要する時間を短縮できる。また高電圧回路１００に対して、第１交流信号と第２交流信号とが個別に印加された際に発生する誤差が抑えられるので、漏電判定の精度が高められる。
【００３０】
次に本実施形態の漏電判定装置２０を用いた場合の作用について説明する。図３は本実施形態を使用しない場合の漏電判定の例である。図４は本実施形態に係る漏電判定を使用する場合の例である。なお、図３の例では、単一の周波数の交流信号を使用する例を示しており、はじめに周波数ｆ１の交流信号を出力した後、周波数ｆ２の交流信号に切り替えることにより、交流信号の波高値に変化を生じさせている。
【００３１】
図３において、時刻ｔ１で漏電判定が開始されると、発振器から周波数ｆ１の交流信号が出力され、交流信号の波高値Ｖ１が検出される。その後、時刻ｔ２で周波数ｆ２に変更されることにより、交流信号の波高値Ｖ２が検出される。この場合、時刻ｔ３で漏電判定が行われるまでに時間Ｔａを要することとなる。
【００３２】
なお図３の場合には、高電圧回路１００に周波数ｆ１の交流信号を出力する場合と、高電圧回路１００に周波数ｆ２の交流信号を出力する場合とで、各交流信号に含まれるノイズ成分が異なることが生じうる。そのため、図３の処理は、ＳＭＲ１２がオフの場合や、電力変換回路１０の充放電が停止している場合等、ノイズの影響が小さい状況下にて実施される必要がある。
【００３３】
一方、図４に示す本実施形態の漏電判定の場合には、時刻ｔ１１で漏電判定が開始されると、発振器２４から周波数ｆ１の交流信号と周波数ｆ２の交流信号との合成波Ｓが出力される。そして第１フィルタ５１で第１交流信号の波高値Ｖ１、第２フィルタ５２で第２交流信号の波高値Ｖ２が同時期に検出される。すなわち、本実施形態においては、第１交流信号の波高値Ｖ１，第２交流信号の波高値Ｖ２が同時期に取得されるため、時刻ｔ１２で漏電判定が行われるまでの時間Ｔｂ（＜Ｔａ）に短縮できる。また第１交流信号の波高値Ｖ１，第２交流信号の波高値Ｖ２が同時期に検出されるため、第１交流信号の波高値Ｖ１，第２交流信号の波高値Ｖ２を用いたコモン容量Ｃｇの推定値の算出精度を向上でき、ひいては漏電判定の精度が高められる。
【００３４】
また図４の場合には、高電圧回路１００に周波数ｆ１の交流信号と周波数ｆ２の交流信号とが同時期に出力されるため、各交流信号に含まれるノイズ成分が同じとなる（略等しくなる）。そのため、図４の処理は、ＳＭＲ１２のオンオフの状態や、電力変換回路１０の充放電の有無に関わらず、常時継続して実施することができる。
【００３５】
上記によれば以下の優れた効果を奏することができる。
【００３６】
・周波数が高低異なる複数の交流信号を用いることで、コモン容量分を加味して漏電判定を実施できる。この場合、仮に高電圧回路１００に出力する交流信号の周波数を変化させて漏電判定を行う構成であると、交流信号の周波数を変化させることに要する時間が漏電の判定時間を短縮する際の制約となる。そこで、第１の周波数の第１交流信号と、第１の周波数よりも大きい第２の周波数の第２交流信号とを含む交流信号の合成波Ｓを高電圧回路１００に対して出力するようにした。この場合、異なる周波数を有する第１交流信号と第２交流信号とを同時期に高電圧回路１００に印加することができ、第１交流信号の波高値Ｖ１と第２交流信号の波高値Ｖ２とを同時期に検出できるため、漏電判定にかかる時間を短縮できる。
【００３７】
・漏電判定の際にコモン容量Ｃｇの影響を取り除くため、高電圧回路１００に対して異なる周波数の交流信号を別々に出力するようにした場合、各交流信号に含まれるノイズ成分に差が生じ、このことが漏電判定の精度に影響するおそれがある。そこで、異なる周波数の第１交流信号と第２交流信号とを含む交流信号の合成波Ｓを高電圧回路１００に対して出力するようにした。この場合、異なる周波数の第１交流信号と第２交流信号とを同時期に高電圧回路１００に印加できるため、各交流信号に含まれるノイズ成分が異なることに起因する誤差を抑えることができ、コモン容量の推定値の算出精度が向上することで、漏電判定の精度が高められる。
【００３８】
・交流信号の合成波Ｓから、第１交流信号を抽出する第１フィルタ５１と、第２交流信号を抽出する第２フィルタ５２とを設けたことで、交流信号の合成波Ｓから第１交流信号及び第２交流信号を同時期に抽出することができる。
【００３９】
・電力変換回路１０の充放電中はノイズ成分が変化しうる。そのため、異なる周波数の交流信号を別々のタイミングで高電圧回路１００に出力した場合には、各交流信号に含まれるノイズ成分が異なり、このことが漏電判定に影響する。この点、第１交流信号と第２交流信号とを含む合成波を高電圧回路１００に印加することとしたため、第１交流信号と第２交流信号とに含まれるノイズ成分の差を抑えることができ、ひいては、電力変換回路１０の充放電中においても漏電判定を精度よく実施できる。また電力変換回路１０の充放電中に漏電判定を実施できるため、電力変換回路１０の充放電中に漏電が生じた場合には直ちのその漏電状態を検出できる。
【００４０】
なお本発明は上記に限定されず以下のように実施してもよい。なお以下の説明において上記と同様の構成には同じ図番号を付し詳細な説明は省略する。
【００４１】
・上記では、漏電判定処理部５０ｂが発振器２４から出力される交流信号の周波数を設定する例を示した。これ以外にも、図５に示すように、周波数ｆ１を出力する発振器２４ａ、周波数ｆ２を出力する発振器２４ｂを個別に設ける。そしてこれらの発振器２４ａ，２４ｂから出力された交流信号を周知の加算回路２５で合成することにより、交流信号の合成波Ｓを生成してもよい。この場合にも、同一のタイミングで、周波数の異なる複数の交流信号の合成波Ｓを用いて漏電判定を実施できる。そのため、上記と同様に漏電判定に要する時間を短縮できるとともに、漏電判定の精度を向上できる。
【００４２】
・上記において、発振器２４は３つ以上の周波数の交流信号の合成波を出力するものであってもよい。この場合、デジタルフィルタ処理部５０ａには、交流信号の合成波に含まれる各周波数の交流信号成分に対応して、複数の各フィルタにより抽出される周波数帯域が設定されればよい。この場合、より漏電判定の精度を向上することができる。
【００４３】
・上記において、発振器２４が単一の周波数の交流信号を出力可能である場合には、単一の周波数の交流信号を出力する状態と、交流信号の合成波Ｓを出力する状態とを切り替えて、単一の周波数の交流信号を用いた漏電判定と、交流信号の合成波Ｓを用いて漏電判定とを切り替えて実施してもよい。
【００４４】
例えば、電力変換回路１０の充放電状態が一定の場合には、単一の周波数の交流信号を出力する。電力変換回路１０の充放電状態が切り替わる場合には、交流信号の合成波Ｓを出力する。
【００４５】
すなわち、電力変換回路１０の充放電状態が切り替わる場合にはコモン容量が変化しうる。この際、第１交流信号と第２交流信号とが別々に高電圧回路１００に印加される場合には、コモン容量の変化が漏電判定に影響する。そこで、電力変換回路１０の充放電状態が切り替わる際に、交流信号の合成波を出力する。この場合、第１交流信号及び第２交流信号におけるコモン容量Ｃｇの影響を略等しくすることができ、電力変換回路１０の充放電状態が切り替わる場合において、コモン容量の変動の影響を抑えつつ漏電判定を精度よく実施できる。また電力変換回路１０の充放電状態で漏電判定を実施できることで、電力変換回路１０の駆動状態で漏電が発生した場合には、その漏電状態を直ぐに検出できる。
【００４６】
・上記において、電力変換回路１０の充放電状態が切り替わる場合において、交流信号の合成波Ｓを出力して漏電判定を実施した際に、漏電が生じていないと判定された場合には、発振器２４の出力を単一の周波数の交流信号に切り替えて、単一の周波数の交流信号を用いた漏電判定が実施されるようにしてもよい。この場合、交流信号の合成波Ｓを用いた漏電判定における演算負荷を軽減しつつ、漏電判定を精度よく実施できる。
【００４７】
・上記において、発振器２４から交流信号の合成波Ｓが出力される場合と、単一の周波数の交流信号が出力される場合とでは、検出される交流信号の波高値が変わる。詳しくは、単一の周波数の交流信号が出力される場合よりも、交流信号の合成波が出力される場合における交流信号の波高値が小さくなる。そこで、単一の周波数の交流信号が出力される場合の漏電判定の第１閾値よりも、交流信号の合成波が出力される場合の漏電判定の第２閾値を小さい値に設定する。この場合、交流信号の合成波Ｓと、単一周波数の交流信号との各々において、漏電の有無を精度よく判定できる。
【００４８】
・上記では、交流信号の波高値Ｖ１を用いて漏電判定を実施しているが、交流信号の波高値Ｖ２をコモン容量Ｃｇの推定値を用いて補正し、その補正後の交流信号の波高値Ｖ２を用いて漏電判定を行ってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
２０…漏電判定装置、２４…発振器、２５…加算回路、２６…抵抗器、５０ａ…デジタルフィルタ処理部、５６…漏電判定部、１００…高電圧回路。
【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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