(57)【要約】【課題】直流電源と車体との絶縁を低下させることなく、コンデンサが劣化してリーク検出動作ができなくなった状態を検知可能な電気自動車用リーク検出装置を提供する。【解決手段】電気自動車用リーク検出装置２０は、リーク検出装置２０は、一端が電池群１の端子に接続され、他端が故障診断用抵抗１１とスイッチ１２とを介して車体グラウンドに接続される故障診断用コンデンサ１０を備えており、故障診断時にスイッチ１２を短絡させ、矩形波をリーク検出用コンデンサ３を介して電池群１に印加し、コンデンサ３に流れる矩形波電流の振幅、又は、コンデンサ３及び車体グラウンド間の矩形波電圧の振幅を測定することで車体と電池群１との間のリークを検出する。故障診断時にスイッチ１２をオンとすることで擬似的なリーク抵抗を接続するので、リーク検出用コンデンサが劣化した場合にリーク測定値が大きくなり、所定の範囲外である場合に故障を検知できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形波をリーク検出用コンデンサを介して車体グラウンドと直流電源の端子間に印加し、前記リーク検出用コンデンサに流れる矩形波電流の振幅、又は、前記リーク検出用コンデンサ及び前記車体グラウンド間の矩形波電圧の振幅を測定することで車体と前記直流電源との間のリークを検出する電気自動車用リーク検出装置において、一端が前記直流電源の端子に接続され、他端がスイッチ手段と故障診断用抵抗とを介して車体グラウンドに接続される故障診断用コンデンサを備え、故障診断時に前記スイッチ手段を短絡させ前記リーク検出用コンデンサに流れる矩形波電流の振幅、又は、前記リーク検出用コンデンサ及び車体グラウンド間の矩形波電圧を測定することを特徴とする電気自動車用リーク検出装置。
【請求項２】
電気自動車の起動時及び一定時間毎に故障診断動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用リーク検出装置。
【請求項３】
前記リーク検出用コンデンサと前記故障診断用コンデンサとの前記直流電源への接続端子が異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気自動車用リーク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気自動車用リーク検出装置に係り、特に、矩形波をリーク検出用コンデンサを介して直流電源に印加し、コンデンサに流れる矩形波電流の振幅、又は、コンデンサ及び車体グラウンド間の矩形波電圧の振幅を測定することで車体と直流電源との間のリークを検出する電気自動車用リーク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車やハイブリッド電気自動車等では、一般的に、高電圧の電池群を直列に接続した高電圧直流回路と車体に接地される車両電装回路とが搭載されており、両者は絶縁されている。また、高電圧直流回路と車体との間の絶縁が低下してリーク電流が流れた場合にリークを検出するリーク検出装置が搭載されている。このような、リーク検出装置は、高電圧の直流電源端子にコンデンサと抵抗の直列回路を接続し、矩形波を抵抗側に印加して、コンデンサと抵抗との接続点に発生する交流電圧成分の振幅からリークを検出するリーク検出回路を有している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、上記リーク検出回路の基本構成を示したものである。高電圧の電池群１が負荷２に接続されており、電極群１の＋端子はリーク検出用コンデンサ３を通じて抵抗４に接続されている。抵抗４はリーク検出を行うマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）５の出力ポートに接続されている。抵抗４とコンデンサ３との接続点から、抵抗６とコンデンサ７とのＲＣフィルタを通じてバッファ８の入力に接続されており、バッファ８の出力はマイコン５のＡＤ入力に接続されている。リーク検出回路の動作電源（不図示）のグランドは車両の車体（シャーシグラウンド）に接続されており、電池群１及び負荷２とは絶縁されている。なお、抵抗６とコンデンサ７は車両で発生するノイズ成分を削減するためのものである。
【０００４】
リーク検出動作は、マイコン５の出力ポートから矩形波が出力され、ＡＤ入力で応答波形の振幅を測定することで行われる。リーク抵抗９が無限大であれば、コンデンサ３には交流電流成分が流れないので、矩形波は抵抗６とコンデンサ７のＲＣフィルタを通ってＡＤ入力に入るだけである。その場合、振幅はＲＣフィルタで多少矩形波より減少するが大きいままである。一方、リーク抵抗が小さくなれば、コンデンサ３を通じて交流電流が流れるため、抵抗４とコンデンサ３の接続点の振幅はマイコン５の出力ポートの波形よりも小さくなり、ＡＤ入力で測定される波形の振幅も小さくなる。リークは直流電源部のどこで起こるかわからないが、電池のインピーダンスは非常に小さいため、電池群１の＋端子側で発生しても、−端子側で発生しても、又は、中間の接続点で発生しても検出波形に与える影響は小さくリークの検出が可能である。
【０００５】
図５は、このリーク検出回路で、リーク抵抗の抵抗値により、どのように出力波形が変化するかを計算した結果を示したものである。抵抗４の値は４３ｋΩ、コンデンサ３の値は２．２μＦ、抵抗６の値は１００ｋΩ、コンデンサ７の値は０.１μＦ、矩形波の振幅は５Ｖp-p、周波数は１０Ｈｚとした。図５に示すように、リーク抵抗が小さくなるほど振幅が小さくなり、リークが悪化したことが検出可能である。図６に、この場合のリーク抵抗と振幅との関係を示す。図６に示すように、リーク抵抗が小さいほど振幅は小さくなる。
【０００６】
【特許文献１】特許２９３３４９０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のリーク検出回路では、リーク検出用コンデンサが故障して容量が無くなると、リークを検出できない、という問題点を有していた。コンデンサの容量が無くなった場合には電流は流れないので、実際にリーク抵抗が存在した場合でも、リーク抵抗が無限大で正常と判断される。更に、リーク検出回路と直流電源装置の接続が外れた場合でも同様であり、リーク抵抗が存在していても、リーク抵抗が無限大と検出され正常と判断される。また、容量が完全に無くならず容量が減少した場合でも、リーク抵抗が大きいと判断されてしまうことになる。
【０００８】
図７は、従来のリーク検出回路でコンデンサの容量が変化した場合の振幅の変化を算出した例を示したものである。この例では、計算を簡単にするために矩形波ではなく正弦波を印加して計算しているが、矩形波でも正弦波でも応答特性は本質的に変わるものではなく傾向は同一である。図７に示すように、コンデンサ３の容量が小さくなると、リーク抵抗が小さくなっても振幅が小さくならなくなり、リーク抵抗推定値の誤差が大きくなってリーク抵抗の低下を検出できなくなる。この状態を診断するために、直流電源と車体のグラウンドの間に擬似リーク抵抗を接続することも考えられるが、これは高圧の直流電源を車体のグラウンドに接続することになり、危険なことから採用できない。
【０００９】
本発明は上記事案に鑑み、直流電源と車体との絶縁を低下させることなく、コンデンサが劣化してリーク検出動作ができなくなった状態を検知可能な電気自動車用リーク検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、矩形波をリーク検出用コンデンサを介して直流電源に印加し、前記リーク検出用コンデンサに流れる矩形波電流の振幅、又は、前記リーク検出用コンデンサ及び車体グラウンド間の矩形波電圧の振幅を測定することで車体と前記直流電源との間のリークを検出する電気自動車用リーク検出装置において、一端が前記直流電源の端子に接続され、他端がスイッチ手段と故障診断用抵抗とを介して車体グラウンドに接続される故障診断用コンデンサを備え、故障診断時に前記スイッチ手段を短絡させ前記リーク検出用コンデンサに流れる矩形波電流の振幅、又は、前記リーク検出用コンデンサ及び車体グラウンド間の矩形波電圧を測定することを特徴とする。
【００１１】
本発明では、直流電源に接続されるリーク検出用コンデンサとは別に、一端が直流電源に接続され、他端がスイッチ手段と故障診断用抵抗とを介して車体グラウンドに接続される故障診断用コンデンサを備えている。故障診断時にスイッチ手段を短絡させることで、直流電源を直流的に車両のグラウンドに接続することなく、交流的に擬似リーク抵抗を接続できるので、リーク検出装置において、リーク検出値と擬似リーク抵抗と比較することによって、リーク検出用コンデンサの劣化を含めたリーク検出回路の故障診断を行うことができる。
【００１２】
本発明において、電気自動車の起動時及び一定時間毎に故障診断動作を行うことにより、運転開始前だけでなく運転中にもリーク検出装置が故障したことを検出することが可能となる。また、リーク検出用コンデンサと故障診断用コンデンサとの直流電源への接続端子が異なるようにすれば、リーク検出用コンデンサの直流電源への接続が外れた場合には、故障診断時に擬似リーク抵抗へ矩形波を通電できなくなるので、測定されたリーク抵抗値は無限大となり異常を判別することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、一端が直流電源に接続され、他端がスイッチ手段と故障診断用抵抗とを介して車体グラウンドに接続される故障診断用コンデンサを備えており、故障診断時にスイッチ手段を短絡させることで、交流的に擬似リーク抵抗を接続できるので、リーク検出値と擬似リーク抵抗と比較することによって、リーク検出用コンデンサの劣化を含めたリーク検出回路の故障診断を行うことができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る電気自動車用リーク検出装置の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１に示すように、複数の単電池を直列接続した高電圧の電池群１が、図示しないスイッチを介して負荷２に接続されている。負荷２には、電池群１により駆動される交流回路が含まれている。本実施形態のリーク検出装置２０はリーク検出回路を有しており、電池群１の＋端子側はリーク検出用コンデンサ３を介してリーク検出回路部に接続されている。リーク検出回路部では、マイコン５の出力ポートから矩形波電圧信号が出力され、抵抗４を通じてコンデンサ３に接続されると共に、抵抗６、コンデンサ７からなるＲＣフィルタを通じてバッフアとして動作する演算増幅器８の入力に接続され、演算増幅器８の出力はマイコン５のＡＤ入力端子に接続され、矩形波の応答信号の振幅を測定する。
【００１６】
本実施形態のリーク検出装置２０のリーク検出回路が、図４に示した従来のリーク検出回路と異なっているのは、電池群１の−端子側に故障診断用コンデンサ１０、故障診断用抵抗１１及びスイッチ１２が付加されている点である。すなわち、故障診断用コンデンサ１０、故障診断用抵抗１１及びスイッチ１２で構成される故障診断回路部が付加されている点である。
【００１７】
故障診断時に、スイッチ１２をオン状態とする（短絡させる）ことで、故障診断抵抗１１が故障診断用コンデンサ１０を通じて電池群１の−端子に接続される。これにより、交流的な擬似リーク抵抗を高電圧の電池群１を通じて接続したことになり、マイコン５のＣＰＵが、リーク検出回路部で測定された振幅が所定の振幅値以下か否かを判断することで、所定の振幅値以下にならなければ、リーク検出装置が故障したと判断する。故障判断の場合には、車両を制御する車両制御システム側に警告を発する。なお、電池のインピーダンスはリーク抵抗に比べて充分小さいため、故障診断コンデンサ１０と故障診断抵抗１１からなる擬似リーク抵抗をリーク検出用コンデンサ３とは別の端子に接続しても、故障診断時に測定されるリーク抵抗の影響を無視することができる。
【実施例】
【００１８】
次に、本実施形態のリーク検出装置２０に従って作製した実施例について説明する。比較のために作製したリーク検出装置についても併記する。
【００１９】
実施例のリーク検出装置は、故障診断用コンデンサ１０をリーク検出用コンデンサ３と同一の値、故障診断用抵抗１１を１ｋΩ、他の定数は従来の（比較例の）リーク検出回路同じとし、上述した故障診断回路部を付加した。一方、比較例のリーク検出回路は、図４に示したように、故障診断回路部を欠いている。
【００２０】
上記作製した実施例及び比較例のリーク検出装置のリーク検出時のマイコン５のＡＤ入力端子の応答波形について測定した。図２に、実施例のマイコン５のＡＤ入力端子の波形を示す。図２に示すように、診断時には振幅が小さくなっており、正常に動作していることが検知できる。また、図２にはリーク検出用コンデンサ３の容量を１／１０とした場合の診断時応答波形も示してある。図２から分かるように、リーク検出用コンデンサ３の容量が１／１０になった場合でも、診断時の応答波形の振幅がリークなしの場合と大差なく異常と判断できる。この判定のための閾値は、使用期間中に想定される、各部品の定数の変動、定数の精度を考慮して定めればよい。
【００２１】
図３に、比較例のリーク検出装置のリーク検出用コンデンサ３の容量を１／１０とした場合の診断時応答波形を示す。図３にはコンデンサ３が正常でリークがない場合、コンデンサ３が正常でリーク抵抗１ｋΩの場合、コンデンサ容量３が１／１０でリーク抵抗１ｋΩの場合の波形が示されている。図３に示すように、比較例のリーク検出装置では、リーク検出用コンデンサ３の容量が１／１０となった場合は、リーク抵抗１ｋΩが接続されているのにも拘わらず、波形の振幅はリークなしと大差なくリークの診断を誤ることになる。また、比較例のリーク検出装置では、リーク検出回路と直流電源の接続が外れた場合に、リーク検出用コンデンサ３に矩形波が印加されなくなるため、リーク抵抗が存在してもリーク抵抗無限大と判断されてしまう。これに対し、実施例のリーク検出装置では、リーク検出回路と直流電源の接続が外れた場合、故障診断時にリーク抵抗が無限大と検出されるので、リーク検出回路と直流電源装置の接続がされていないことを判断可能である。
【００２２】
本実施形態のリーク検出装置２０は、電池群１に接続されるリーク検出用コンデンサ３とは別に、一端が電池群１に接続され、他端が故障診断用抵抗１１とスイッチ１２とを介して車体グラウンドに接続される故障診断用コンデンサ１０を備えている。故障診断時にスイッチ１２を短絡させることで、電池群１を直流的に車両のグラウンドに接続することなく、交流的な擬似リーク抵抗１１を接続できるので、リーク検出回路部（マイコン５）において、リーク検出値と擬似リーク抵抗と比較することによって、リーク検出用コンデンサ３の劣化を含めたリーク検出回路の故障診断を行うことができる。換言すれば、本実施形態のリーク検出装置２０は、リーク検出回路の故障診断機能を有している。
【００２３】
また、本実施形態のリーク検出装置２０では、リーク検出用コンデンサ３と故障診断用コンデンサ１０との電池群１への接続点を別端子（＋端子、−端子）としたので、リーク検出用コンデンサ３の電池群１への接続が外れた場合に、故障診断時に擬似リーク抵抗へ矩形波を通電できず、測定されたリーク抵抗値は無限大となり異常を判別することができる。
【００２４】
更に、本実施形態のリーク検出装置２０は、故障診断回路部の構成が簡単であり、起動時又は起動後の定常状態で定期的にスイッチをオンとして擬似リーク抵抗を接続するだけでよいため、例えば、車両の制御装置の中にも容易に組み込むことできる。
【００２５】
なお、故障診断動作は、車両起動時又は起動後の定常状態で定期的に行ってもよい。このような態様においては、マイコン５が車両を制御する車両制御システムとインターフェースを介して通信可能な構成を有しており、車両制御システムから車両起動の報知を受けてもよいし、電池群１と負荷との間にホール素子等の電流センサを備え、電流を監視することにより車両起動時をリーク検出装置自らが検出するようにしてもよい。また、マイコン５の内部時計を利用したり、別途タイマＩＣを備えることで、車両起動後の定常状態で定期的に故障診断動作を行うことが可能となる。
【００２６】
また、上記実施形態では、矩形波電圧出力信号を抵抗を通じた後にコンデンサに接続し、コンデンサと抵抗の接続点の電圧波形の振幅からリークを検出するリーク検出回路を例示したが、矩形波電圧を通電して流れる電流を測定するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、直流電源と車体との絶縁を低下させることなく、コンデンサが劣化してリーク検出動作ができなくなった状態を検知可能な電気自動車用リーク検出装置を提供するものであるため、電気自動車用リーク検出装置の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の電気自動車用リーク検出装置の回路図である。
【図２】実施例の電気自動車用リーク検出装置における故障診断時の応答波形を示す特性線図である。
【図３】比較例の電気自動車用リーク検出装置で、リーク検出用コンデンサの容量が少なくなった場合の応答波形を示す特性線図である。
【図４】従来の電気自動車用リーク検出装置の回路図である。
【図５】従来の電気自動車用リーク検出装置での電圧応答波形を示す特性線図である。
【図６】従来の電気自動車用リーク検出装置でのリーク検出抵抗と応答波形の振幅との関係を示す特性線図である。
【図７】従来の電気自動車用リーク検出装置で、リーク検出用コンデンサの容量が少なくなった場合のリーク抵抗と応答波形の振幅との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  電池群（直流電源）
３  リーク検出用コンデンサ
１０  故障診断用コンデンサ
１１  故障診断用抵抗
１２  スイッチ（スイッチ手段）
２０  電気自動車用リーク検出装置
【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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