(57)【要約】【課題】複数の非接地電源の各絶縁状態を判断し、絶縁状態が良好な非接地電源から負荷に電力を供給できる、絶縁状態判断装置を提供する。【解決手段】高圧回路Ａ，Ｂと高圧回路Ｃとの間には、それぞれ第１リレー１２，１３および第２リレー１４，１５が介在されている。高圧回路Ａ，Ｂ，Ｃの各絶縁状態を判断するために、絶縁状態判断回路１８が備えられている。選択スイッチ１９により、絶縁状態判断回路１８の接続先が高圧回路Ａ，Ｂ，Ｃに所定の順序で切り替えられて、高圧回路Ａ，Ｂ，Ｃの絶縁状態が順次に判断される。そして、絶縁不良を生じていない高圧回路Ａ，Ｂと高圧回路Ｃとの間に介在された第１リレー１２，１３および／または第２リレー１４，１５が閉じられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給するための複数の非接地電源の各絶縁状態を判断する絶縁状態判断装置であって、
前記負荷に接続されたプラス側配線およびマイナス側配線を含む負荷側回路と、
各非接地電源に接続されたプラス側配線およびマイナス側配線を含む複数の電源側回路と、
前記負荷側回路と各電源側回路との間に介在され、前記負荷側回路と各電源側回路とを切断／接続するために開閉される複数のリレーと、
前記負荷側回路および各電源側回路の絶縁状態を判断するための絶縁状態判断部と、
前記絶縁状態判別部を前記負荷側回路および各電源側回路に選択的に接続する選択スイッチと、
前記選択スイッチによって前記絶縁状態判別部の接続先を前記負荷側回路および各電源側回路に順次に切り替えて、絶縁不良を生じていない前記負荷側回路と各電源側回路との間に介在される前記リレーを閉じるリレー制御部とを含む、絶縁状態判断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接地電源の絶縁状態を判断する絶縁状態判断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、燃料電池自動車には、走行用のモータへの電力供給源として燃料電池および二次電池を搭載したハイブリッドタイプのものがある。燃料電池が発生する電力は、モータに供給され、その余剰電力は、二次電池に供給される。また、燃料電池の発電停止時などには、二次電池に蓄えられている電力がモータに供給される。
【０００３】
燃料電池および二次電池は、高電圧発生源であるにもかかわらず、非接地の状態（アースされていない状態）で使用される。したがって、燃料電池および二次電池の各絶縁状態（漏電の有無）の判断は重要である。
【０００４】
たとえば、モータを駆動するためのインバータと燃料電池とが常時接続され、インバータと二次電池とが開閉器によって接続／切断可能にされた構成において、燃料電池のプラス側配線とマイナス側配線との間に絶縁抵抗検出回路が接続され、二次電池のプラス側配線とマイナス側配線との間に絶縁抵抗検出回路が接続され、インバータのプラス側配線とマイナス側配線との間に絶縁抵抗検出回路が接続されて、各絶縁抵抗検出回路によって検出される絶縁抵抗に基づいて、各部位での漏電の有無を判断するシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３９８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、その従来のシステムでは、いずれかの部位で漏電が生じているときには、システム全体が停止され、漏電のない部位を含む回路のみを動作させることはできない。
【０００７】
また、複数の絶縁抵抗検出回路を備えているため、構成が複雑であり、コストが高くつく。
【０００８】
本発明の目的は、複数の非接地電源の各絶縁状態を判断し、絶縁状態が良好な非接地電源から負荷に電力を供給できる、絶縁状態判断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明に係る絶縁状態判断装置は、負荷に電力を供給するための複数の非接地電源の各絶縁状態を判断する絶縁状態判断装置である。前記絶縁状態判断装置は、前記負荷に接続されたプラス側配線およびマイナス側配線を含む負荷側回路と、各非接地電源に接続されたプラス側配線およびマイナス側配線を含む複数の電源側回路と、前記負荷側回路と各電源側回路との間に介在され、前記負荷側回路と各電源側回路とを切断／接続するために開閉される複数のリレーと、前記負荷側回路および各電源側回路の絶縁状態を判断するための絶縁状態判断部と、前記絶縁状態判別部を前記負荷側回路および各電源側回路に選択的に接続する選択スイッチと、前記選択スイッチによって前記絶縁状態判別部の接続先を前記負荷側回路および各電源側回路に順次に切り替えて、絶縁不良を生じていない前記負荷側回路と各電源側回路との間に介在される前記リレーを閉じるリレー制御部とを含む。
【００１０】
負荷側回路と各電源側回路との間には、リレーが介在されている。各リレーの開閉により、負荷側回路と各電源側回路とが接続／遮断される。
【００１１】
負荷側回路および各電源側回路の各絶縁状態を判断するために、絶縁状態判断部が備えられている。また、絶縁状態判断部の接続先を負荷側回路および各電源側回路に選択的に切り替えるために、選択スイッチが備えられている。
【００１２】
選択スイッチにより、絶縁状態判断部の接続先が負荷側回路および各電源側回路に順次に切り替えられて、負荷側回路および各電源側回路の絶縁状態が順次に判断される。そして、絶縁不良を生じていない負荷側回路と各電源側回路との間に介在されるリレーが閉じられる。これにより、いずれかの電源側回路に絶縁不良が生じていても、絶縁状態が良好な非接地電源から負荷に電力を供給することができる。
【００１３】
また、１つの絶縁状態判断部により、負荷側回路および各電源側回路の絶縁状態を判断することができる。よって、負荷側回路および各電源側回路に対して個別に絶縁状態判断部を設けた装置と比較して、構成が簡素であり、また、コストを低減することができる。
【００１４】
複数の非接地電源には、燃料電池および二次電池が含まれていてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡素な構成で負荷側回路および各電源側回路の絶縁状態を判断することができる。また、いずれかの電源側回路に絶縁不良が生じていても、絶縁状態が良好な非接地電源から負荷に電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る絶縁状態判断装置が備えられる燃料電池自動車の電気的な構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、リレー開閉処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る絶縁状態判断装置が備えられた燃料電池自動車の電気的な構成を示すブロック図である。
【００１９】
燃料電池自動車１は、走行用のモータ２への電力供給源として燃料電池３および二次電池４を搭載している。燃料電池３および二次電池４は、非接地状態に設けられている。
【００２０】
モータ２には、インバータ５が接続されている。
【００２１】
燃料電池３は、たとえば、アノード（燃料極）およびカソード（酸素極）が電解質膜を挟んで対向配置された構造を有している。アノードには、燃料循環ラインから液体燃料が供給され、アノードを通過した液体燃料は、燃料循環ラインに排出される。一方、カソードには、空気が供給される。そして、アノードにおいて、液体燃料からプロトン（Ｈ＋）および電子（ｅ−）が生成され、プロトンが電解質膜を透過してカソードに移動するとともに、電子が外部回路を介してカソードに移動し、カソードにおいて、プロトン、電子および空気に含まれる酸素の反応による水が生成される。その結果、電気化学反応による電力が発生する。燃料電池３が出力する直流電圧は、昇圧コンバータ（図示せず）により、たとえば、１５０〜２３５Ｖに昇圧される。
【００２２】
二次電池４は、たとえば、１５０〜２３５Ｖの直流電圧を出力する。
【００２３】
燃料電池３のプラス端子およびマイナス端子には、それぞれプラス側配線６の一端およびマイナス側配線７の一端が接続されている。二次電池４のプラス端子およびマイナス端子には、それぞれプラス側配線８の一端およびマイナス側配線９の一端が接続されている。また、インバータ５の入力側には、プラス側配線１０およびマイナス側配線１１の各一端が接続されている。
【００２４】
プラス側配線６の他端およびマイナス側配線７の他端は、それぞれ第１リレー１２，１３を介して、プラス側配線１０およびマイナス側配線１１と接続されている。また、プラス側配線８の他端およびマイナス側配線９の他端は、それぞれ第２リレー１４，１５を介して、プラス側配線１０およびマイナス側配線１１と接続されている。これにより、第１リレー１２，１３および第２リレー１４，１５がすべて閉じられた状態では、燃料電池３および二次電池４がインバータ５に並列に接続される。
【００２５】
燃料電池自動車１にはさらに、ＶＣＵ（車両制御ユニット）１６が備えられている。
【００２６】
ＶＣＵ１６には、マイクロコンピュータ１７が含まれる。また、ＶＣＵ１６には、絶縁状態判断回路１８と、絶縁状態判断回路１８の接続先をマイナス側配線７、マイナス側配線９およびマイナス側配線１１に選択的に切り替えるための選択スイッチ１９とが備えられている。
【００２７】
絶縁状態判断回路１８は、小振幅（たとえば、５Ｖ）の正弦波電圧を出力する正弦波電源２０、比較的大きな抵抗値（たとえば、１ＭΩ）を有する抵抗２１およびコンデンサ２２を直列に接続した回路構成を有している。また、絶縁状態判断回路１８には、抵抗２１とコンデンサ２２との間の電位を検出する検出部２３が備えられている。
【００２８】
選択スイッチ１９は、それぞれ配線３１，３２，３３を介して、マイナス側配線７、マイナス側配線９およびマイナス側配線１１に接続されている。そして、コンデンサ２２から延びる配線と配線３１，３２，３３とが選択的に接続されることにより、絶縁状態判断回路１８の接続先がマイナス側配線７、マイナス側配線９およびマイナス側配線１１に選択的に切り替えられる。
【００２９】
燃料電池自動車１のイグニッションキースイッチ（図示せず）のオフ時には、第１リレー１２，１３および第２リレー１４，１５が開かれており、燃料電池３および二次電池４がインバータ５から電気的に切り離されている。
【００３０】
イグニッションキースイッチがオンにされると、マイクロコンピュータ１７により、次に述べるリレー開閉処理が開始されて、第１リレー１２，１３および第２リレー１４，１５の開閉が制御される。
【００３１】
図２は、リレー開閉処理の流れを示すフローチャートである。
【００３２】
リレー開閉処理では、まず、インバータ５、プラス側配線１０およびマイナス側配線１１を含む高圧回路Ｃの絶縁状態が判断される（ステップＳ１）。
【００３３】
具体的には、選択スイッチ１９が制御されて、絶縁状態判断回路１８がマイナス側配線１１に接続される。そして、正弦波電源２０から出力される正弦波電圧が高圧回路Ｃに印加される。高圧回路Ｃに地絡による漏電が生じていると、抵抗２１よりも回路Ｃ側の電位が極めて小さくなる。そこで、検出部２３によって検出される電位が所定の閾値（０を含む。）以下であれば、高圧回路Ｃの絶縁状態が不良（ＮＧ）であり、その電位が閾値よりも大きければ、高圧回路Ｃの絶縁状態が良好（ＯＫ）であると判断される。
【００３４】
高圧回路Ｃの絶縁状態が不良であれば（ステップＳ１のＮＯ）、モータ２の駆動が不可能であると判断されて、第１リレー１２，１３および第２リレー１４，１５が開かれたままにされる。
【００３５】
高圧回路Ｃの絶縁状態が良好であれば（ステップＳ１のＹＥＳ）、次に、燃料電池３、プラス側配線６およびマイナス側配線７を含む高圧回路Ａの絶縁状態が判断される（ステップＳ２）。
【００３６】
具体的には、選択スイッチ１９が切り替えられて、絶縁状態判断回路１８の接続先がマイナス側配線７に切り替えられる。その後、正弦波電源２０から出力される正弦波電圧が高圧回路Ａに印加される。そして、検出部２３によって検出される電位が所定の閾値以下であれば、高圧回路Ａの絶縁状態が不良（ＮＧ）であり、その電位が閾値よりも大きければ、高圧回路Ａの絶縁状態が良好（ＯＫ）であると判断される。
【００３７】
高圧回路Ａの絶縁状態が良好であれば（ステップＳ２のＹＥＳ）、第１リレー１２，１３が閉じられる（ステップＳ３）。これにより、燃料電池３とインバータ５とが電気的に接続される。この状態で、燃料電池３が発電動作すると、燃料電池３からインバータ５に直流電力が供給される。そして、マイクロコンピュータ１７によるインバータ５の制御により、燃料電池３からインバータ５に供給される直流電力が三相交流電力に変換されて、三相交流電力がインバータ５からモータ２に供給される。
【００３８】
その後、二次電池４、プラス側配線８およびマイナス側配線９を含む高圧回路Ｂの絶縁状態が判断される（ステップＳ４）。
【００３９】
具体的には、選択スイッチ１９が切り替えられて、絶縁状態判断回路１８の接続先がマイナス側配線９に切り替えられる。その後、正弦波電源２０から出力される正弦波電圧が高圧回路Ｂに印加される。そして、検出部２３によって検出される電位が所定の閾値以下であれば、高圧回路Ｂの絶縁状態が不良（ＮＧ）であり、その電位が閾値よりも大きければ、高圧回路Ｂの絶縁状態が良好（ＯＫ）であると判断される。
【００４０】
高圧回路Ｂの絶縁状態が良好であれば（ステップＳ４のＹＥＳ）、第２リレー１４，１５が閉じられる（ステップＳ５）。これにより、二次電池４とインバータ５とが電気的に接続される。このとき、燃料電池３がインバータ５と接続されているので、燃料電池３が発電動作すると、燃料電池３からインバータ５を介してモータ２に電力が供給され、その余剰電力は、二次電池４に供給される。これにより、二次電池４が充電される。また、燃料電池３の発電停止時には、二次電池４からインバータ５に直流電力が供給される。そして、マイクロコンピュータ１７によるインバータ５の制御により、二次電池４からインバータ５に供給される直流電力が三相交流電力に変換されて、三相交流電力がインバータ５からモータ２に供給される。
【００４１】
高圧回路Ｂの絶縁状態が不良であれば（ステップＳ４のＮＯ）、第２リレー１４，１５が開かれたままにされる。
【００４２】
また、高圧回路Ａの絶縁状態が不良である場合には（ステップＳ２のＮＯ）、第１リレー１２，１３が開かれたままにされて、高圧回路Ｂの絶縁状態が判断される（ステップＳ４）。
【００４３】
そして、高圧回路Ｂの絶縁状態が良好であれば（ステップＳ４のＹＥＳ）、第２リレー１４，１５が閉じられる（ステップＳ５）。このとき、燃料電池３がインバータ５から電気的に切り離されているので、二次電池４からインバータ５を介してモータ２に電力が供給される。
【００４４】
以上のように、高圧回路Ａ，Ｂと高圧回路Ｃとの間には、それぞれ第１リレー１２，１３および第２リレー１４，１５が介在されている。第１リレー１２，１３および第２リレー１４，１５の開閉により、高圧回路Ａ，Ｂと高圧回路Ｃとが接続／遮断される。
【００４５】
高圧回路Ａ，Ｂ，Ｃの各絶縁状態を判断するために、絶縁状態判断回路１８が備えられている。また、絶縁状態判断回路１８の接続先を高圧回路Ａ，Ｂ，Ｃに選択的に切り替えるために、選択スイッチ１９が備えられている。
【００４６】
選択スイッチ１９により、絶縁状態判断回路１８の接続先が高圧回路Ａ，Ｂ，Ｃに所定の順序で切り替えられて、高圧回路Ａ，Ｂ，Ｃの絶縁状態が順次に判断される。そして、絶縁不良を生じていない高圧回路Ａ，Ｂと高圧回路Ｃとの間に介在された第１リレー１２，１３および／または第２リレー１４，１５が閉じられる。これにより、いずれかの高圧回路Ａ，Ｂに絶縁不良が生じていても、絶縁状態が良好な高圧回路Ａ，Ｂに含まれる燃料電池３および／または二次電池４から負荷に電力を供給することができる。
【００４７】
また、１つの絶縁状態判断回路１８により、高圧回路Ａ，Ｂ，Ｃの絶縁状態を判断することができる。よって、高圧回路Ａ，Ｂ，Ｃに対して個別に絶縁状態判断回路１８を設けた場合と比較して、構成を簡素にすることができ、また、コストを低減することができる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００４９】
非接触電源の一例として、燃料電池３および二次電池４を取り上げたが、燃料電池３または二次電池４に代えて、キャパシタが設けられてもよいし。燃料電池３および二次電池４に追加して、キャパシタが燃料電池３および二次電池４と並列に設けられてもよい。また、複数の燃料電池３、二次電池４および／またはキャパシタが設けられて、非接触電源の個数が３以上とされてもよい。
【００５０】
さらに、本発明に係る絶縁状態判断装置は、燃料電池自動車１に限らず、電気自動車やハイブリッドカーなどに備えられてもよい。
【００５１】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
２    モータ（負荷）
３    燃料電池（非接地電源）
４    二次電池（非接地電源）
６    プラス側配線
７    マイナス側配線
８    プラス側配線
９    マイナス側配線
１０  プラス側配線
１１  マイナス側配線
１２  リレー
１３  リレー
１４  リレー
１５  リレー
１６  ＶＣＵ
１７  マイクロコンピュータ（絶縁状態判断部、リレー制御部）
１９  選択スイッチ
２３  検出部（絶縁状態判断部）
Ａ    高圧回路（電源側回路）
Ｂ    高圧回路（電源側回路）
Ｃ    高圧回路（負荷側回路）
【図１】
2013140034.tif 000003
【図２】
2013140034.tif 000004